प्राकृतिक घटनाओं का विश्लेषण

1.1 घर्षण द्वारा विद्युत उत्पत्ति एवं दो प्रकार के आवेश

जब किन्हीं दो उपयुक्त अचालक पदार्थों को आपस में रगड़ा जाता है, तो उनमें कागज के छोटे टुकड़ों, तिनकों या धूल-कणों जैसी हल्की वस्तुओं को अपनी ओर आकर्षित करने का गुण आ जाता है। वस्तु की इस अवस्था को आवेशित अवस्था तथा घर्षण के कारण उत्पन्न इस विद्युत को स्थिर विद्युत (Static Electricity) कहते हैं, क्योंकि उत्पन्न आवेश वस्तु पर उसी स्थान पर स्थिर रहता है और प्रवाहित नहीं होता।

अमेरिकी वैज्ञानिक बेंजामिन फ्रैंकलिन (1706–1790) ने प्रयोगों के आधार पर स्थिर विद्युत आवेशों को दो मुख्य वर्गों में विभाजित किया:

• धनात्मक आवेश (+): काँच की छड़ को शुद्ध रेशम (Silk) से रगड़ने पर काँच की छड़ पर उत्पन्न होने वाला आवेश। (रेशम पर समान मात्रा में ऋणात्मक आवेश उत्पन्न होता है)।
• ऋणात्मक आवेश (-): एबोनाइट या अंबर की छड़ को ऊनी कपड़े या फलालेन (Flannel/Wool) से रगड़ने पर छड़ पर उत्पन्न होने वाला आवेश। (ऊनी कपड़े पर समान धनात्मक आवेश आ जाता है)।

स्थिर विद्युत का मूल नियम: सजातीय (समान) आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, जबकि विजातीय (विपरीत) आवेश एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं।

1.2 आवेशन का इलेक्ट्रॉन सिद्धांत एवं आवेश संरक्षण नियम

आधुनिक परमाणु भौतिकी के अनुसार प्रत्येक परमाणु सामान्य अवस्था में विद्युत उदासीन होता है, क्योंकि उसके नाभिक में उपस्थित धनात्मक प्रोटॉनों की संख्या और बाहर विभिन्न कक्षाओं में परिक्रमा कर रहे ऋणात्मक इलेक्ट्रॉनों की संख्या बिल्कुल बराबर होती है:

घर्षण द्वारा आवेशन का कारण: नाभिक के भीतर बंधे प्रोटॉन शक्तिशाली नाभिकीय बल के कारण कभी स्थानांतरित नहीं हो सकते। परंतु परमाणुओं की सबसे बाहरी कक्षा में स्थित ढीले संयोजी इलेक्ट्रॉन घर्षण से उत्पन्न ऊष्मा से एक वस्तु से दूसरी वस्तु में चले जाते हैं:

• जो वस्तु इलेक्ट्रॉन त्यागती है: उसमें इलेक्ट्रॉनों की कमी हो जाती है और वह धनात्मक रूप से आवेशित (+Q) हो जाती है।
• जो वस्तु इलेक्ट्रॉन ग्रहण करती है: उसमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता हो जाती है और वह समान मात्रा में ऋणात्मक रूप से आवेशित (-Q) हो जाती है।

आवेश संरक्षण का नियम (Conservation of Charge): आवेश न तो उत्पन्न किया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है; किसी विलगित निकाय में कुल धनात्मक व ऋणात्मक आवेशों का बीजगणितीय योग सदैव स्थिर रहता है। आवेशन केवल इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण मात्र है।

आवेश का क्वांटमीकरण (Quantization of Charge): किसी भी आवेशित वस्तु पर कुल आवेश $Q$ सदैव मूल इलेक्ट्रॉन आवेश $e$ ($1.602 \times 10^{-19}\text{ C}$) का पूर्ण गुणज होता है:

1.3 स्थिर वैद्युत प्रेरण (मुक्त एवं बद्ध आवेश)

स्थिर वैद्युत प्रेरण (Electrostatic Induction): किसी आवेशित वस्तु को किसी अनावेशित चालक के निकट (बिना स्पर्श किए) लाने पर, चालक के सिरों पर विपरीत प्रकृति के आवेशों के अस्थायी संचय की घटना को स्थिर वैद्युत प्रेरण कहते हैं।

प्रायोगिक प्रदर्शन:

1. एक कुचालक स्टैंड पर रखे धातु के अनावेशित बेलनाकार चालक के निकट एक धनावेशित काँच की छड़ लाई गई।
2. काँच की छड़ के आकर्षण से चालक के मुक्त इलेक्ट्रॉन निकटवर्ती सिरे ($A$) पर खिंच आते हैं, जिससे $A$ सिरे पर ऋणात्मक आवेश संचित हो जाता है। दूरवर्ती सिरे ($B$) पर इलेक्ट्रॉनों की कमी होने से समान परिमाण का धनात्मक आवेश उत्पन्न हो जाता है।

प्रेरित आवेशों का वर्गीकरण:

• बद्ध आवेश (Bound Charge): चालक के निकटवर्ती सिरे ($A$) पर उत्पन्न विपरीत प्रकृति का आवेश। यह प्रेरक छड़ के तीव्र आकर्षण में बंधा रहता है और चालक को भू-संपर्कित करने पर भी जमीन में नहीं जा सकता।
• मुक्त आवेश (Free Charge): चालक के दूरवर्ती सिरे ($B$) पर उत्पन्न समान प्रकृति का आवेश। यह प्रेरक छड़ द्वारा प्रतिकर्षित होने के कारण स्वतंत्र रहता है। चालक को उंगली से छूते ही पृथ्वी से इलेक्ट्रॉन आकर इस मुक्त धनावेश को उदासीन कर देते हैं।

स्वर्णिम नियम: आकर्षण से पहले सदैव प्रेरण होता है। जब आवेशित कंघी कागज के अनावेशित टुकड़ों को खींचती है, तो वह पहले कागज के निकटवर्ती पृष्ठ पर प्रेरण द्वारा विपरीत आवेश पैदा करती है, जिसके बाद ही आकर्षण संभव होता है।

1.4 स्वर्ण-पत्र विद्युतदर्शी (Gold-Leaf Electroscope)

स्वर्ण-पत्र विद्युतदर्शी एक अत्यंत संवेदनशील वैज्ञानिक उपकरण है, जिसकी सहायता से किसी वस्तु पर विद्युत आवेश की उपस्थिति, उसकी मात्रा एवं उसकी प्रकृति (धनात्मक या ऋणात्मक) की पहचान की जाती है।

उपकरण की मुख्य संरचना:

• पीतल की चकती (Brass Disc): उपकरण के ऊपरी सिरे पर स्थित धातु की चकती, जो आवेश ग्रहण करने या प्रेरण के लिए प्रयुक्त होती है।
• पीतल की छड़: कुचालक कॉर्क में से होकर काँच के जार के भीतर जाने वाली ऊर्ध्वाधर छड़।
• स्वर्ण-पत्र (Gold Leaves): छड़ के निचले सिरे पर लटकी सोने या एल्युमीनियम की दो अत्यंत महीन व लचीली पत्तियां।
• काँच का जार एवं टिन की पट्टियां: वायु के झोंकों से बचाने वाला पारदर्शी जार, जिसके भीतरी किनारों पर भू-संपर्कित टिन की पत्तियां लगी होती हैं जो उपकरण की संवेदनशीलता बढ़ाती हैं।

कार्यप्रणाली एवं आवेश परीक्षण:

1. आवेश की उपस्थिति: अनावेशित विद्युतदर्शी की चकती से वस्तु को छूने या निकट लाने पर यदि दोनों पत्तियां फैल जाती हैं (प्रतिकर्षित होती हैं), तो वस्तु आवेशित है। यदि पत्तियां न फैलें, तो वस्तु अनावेशित है।
2. आवेश की प्रकृति परीक्षण: पहले विद्युतदर्शी को किसी ज्ञात आवेश (जैसे धनात्मक) से आवेशित कर लिया जाता है, जिससे पत्तियां पहले से फैली रहती हैं। अब अज्ञात वस्तु को चकती के पास लाया जाता है:
   • यदि पत्तियों का फैलाव और बढ़ जाता है, तो अज्ञात वस्तु पर विद्युतदर्शी के समान ही धनात्मक आवेश है।
   • यदि पत्तियों का फैलाव घट जाता है, तो वस्तु पर विपरीत आवेश (ऋणात्मक) है या वह अनावेशित है।

परीक्षण का सार्वभौमिक सत्य: आकर्षण नहीं, बल्कि प्रतिकर्षण ही आवेशन का एकमात्र निश्चित प्रमाण है, क्योंकि प्रेरण के कारण एक अनावेशित वस्तु भी आवेशित वस्तु द्वारा आकर्षित हो सकती है।

1.5 स्थिर विद्युत में कूलॉम का नियम (Coulomb's Law)

1785 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी चार्ल्स-ऑगस्टिन डी कूलॉम ने दो स्थिर बिंदु आवेशों के बीच लगने वाले स्थिर वैद्युत बल के संबंध में एक मूलभूत गणितीय नियम प्रतिपादित किया:

कूलॉम का नियम: दो स्थिर बिंदु आवेशों के मध्य कार्यरत आकर्षण अथवा प्रतिकर्षण बल दोनों आवेशों के परिमाणों के गुणनफल के समानुपाती तथा उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

जहाँ:

• $q_1, q_2$ दोनों बिंदु आवेशों के मान हैं (कूलॉम में)।
• $r$ आवेशों के बीच की दूरी है (मीटर में)।
• $k$ माध्यम का स्थिर वैद्युत नियतांक है (वायु अथवा निर्वात में $k \approx 9 \times 10^9\text{ N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$)।

2.1 बादलों में आवेश संचय एवं ध्रुवीकरण प्रक्रिया

ग्रीष्मकाल में या वर्षा ऋतु में बनने वाले विशाल तूफानी बादलों (कपासी-वर्षी मेघ / Cumulonimbus Clouds) में तेज ऊर्ध्वाधर वायुधाराएं जल की बूंदों को अत्यधिक ऊंचाई ($5-10\text{ किमी}$) पर ले जाती हैं, जहाँ वे गिरते हुए छोटे ओलों (Graupel) व बर्फ के क्रिस्टलों से तीव्र गति से टकराती हैं। इस भयंकर घर्षण के कारण बादलों में बड़े पैमाने पर आवेशों का ध्रुवीकरण हो जाता है:

• ऊपरी भाग में धनात्मक आवेश: बर्फ के हल्के कण इलेक्ट्रॉन त्यागकर धनावेशित हो जाते हैं और गर्म हवा के साथ ऊपर उठकर बादल के शीर्ष भाग ($8-12\text{ किमी}$) पर जमा हो जाते हैं।
• निचले भाग में ऋणात्मक आवेश: भारी जल की बूंदें व ओले इलेक्ट्रॉन ग्रहण कर ऋणावेशित हो जाते हैं और गुरुत्वाकर्षण के कारण बादल के आधार ($1-3\text{ किमी}$) पर अत्यधिक सघन ऋणावेश का भंडार बना लेते हैं।
• धरातल पर प्रेरण: बादल के आधार का यह प्रबल ऋणावेश धरातल की सतह के इलेक्ट्रॉनों को जमीन की गहराई में धकेल देता है, जिससे धरती की सतह, ऊंचे पेड़, मीनारें और इमारतें अत्यधिक धनात्मक आवेश से प्रेरित हो जाती हैं।

2.2 वायु का परावैद्युत विखंडन एवं तड़ित विसर्जन

सामान्य परिस्थितियों में वायु विद्युत की कुचालक होती है। परंतु जैसे-जैसे बादल और पृथ्वी के बीच आवेशों का संचय बढ़ता जाता है, उनके बीच का विभवांतर 10 करोड़ से 100 करोड़ वोल्ट ($10^8-10^9\text{ V}$) तक पहुँच जाता है।

जब विद्युत क्षेत्र की तीव्रता वायु की परावैद्युत सहन सीमा ($~3 \times 10^6\text{ V/m}$) को पार कर जाती है:

1. वायु के अणु आयनित होकर एक संकीर्ण प्लाज्मा चालक मार्ग बना लेते हैं।
2. बादल से नीचे की ओर एक तीव्र ऋणावेशित धारा या स्टेप्ड लीडर (Stepped Leader) सीढ़ीनुमा रूप में आगे बढ़ती है।
3. धरती की किसी ऊंची वस्तु से धनात्मक आवेश की लपट ऊपर उठकर उससे मिल जाती है।
4. मार्ग पूर्ण होते ही 10,000 से 2,00,000 ऐम्पियर का भयानक विद्युत प्रवाह प्रकाश की चमचमाती लपट के साथ मिलीसेकंड में प्रवाहित होता है। इसी विनाशकारी परिघटना को तड़ित (Lightning / आकाशीय बिजली) कहते हैं।

2.3 तड़ितनाद या गर्जन (Thunder) की उत्पत्ति

तड़ित चमकने के कुछ ही पलों बाद बादलों की भयानक गड़गड़ाहट क्यों सुनाई देती है? इसका कारण वायु का अत्यधिक तीव्र तापीय प्रसार है:

• तापमान में प्रचंड उछाल: तड़ित विसर्जन के संकीर्ण प्लाज्मा चैनल का तापमान माइक्रोसेकंडों में लगभग 30,000 केल्विन ($30,000\text{ K}$) तक पहुँच जाता है, जो सूर्य की बाह्य सतह से भी 5 गुना अधिक गर्म है।
• विस्फोटक प्रघाती तरंग: इस भीषण गर्मी के कारण वायु अत्यंत तेजी से सुपरसोनिक गति से फैलती है, जिससे एक प्रबल प्रघाती तरंग (Shockwave) उत्पन्न होती है। यही तरंग वायुमंडल में गूंजकर तड़ितनाद या गर्जन (Thunder) के रूप में सुनाई देती है।
• प्रकाश का पहले पहुँचना: वायु में प्रकाश की गति लगभग $3 \times 10^8\text{ m/s}$ (क्षण भर में दृष्टिगोचर) होती है, जबकि ध्वनि की गति केवल लगभग $340\text{ m/s}$ होती है। इसलिए तड़ित की चमक तुरंत दिखाई देती है और गर्जन कई सेकंड बाद सुनाई देता है।
• तड़ित की दूरी ज्ञात करना: चमक देखने और गर्जन सुनने के बीच के समयांतराल ($\Delta t$) को 3 से भाग देने पर तड़ित की अनुमानित दूरी किलोमीटर में मिल जाती है ($d \approx \frac{\Delta t}{3}\text{ km}$)।

2.4 बेंजामिन फ्रैंकलिन का तड़ित चालक (Lightning Conductor)

1752 में बेंजामिन फ्रैंकलिन ने ऊंची इमारतों और स्मारकों को आकाशीय बिजली के विनाश से सुरक्षित रखने के लिए तड़ित चालक (Lightning Conductor) का आविष्कार किया।

संरचना एवं कार्यप्रणाली:

• नुकीले शूल (Pointed Spikes): भवन की सबसे ऊंची छत पर तीन या चार नुकीले तांबे या पीतल के शूल लगाए जाते हैं। नुकीले सिरों की क्रिया (Action of Points) के अनुसार, शूलों के अत्यंत छोटे क्षेत्रफल पर आवेश का पृष्ठ घनत्व अत्यधिक होता है, जिससे वे विपरीत आयनों का विसर्जन करके बादल के आवेश को लगातार आंशिक रूप से उदासीन करते रहते हैं।
• तांबे की मोटी पट्टी: शूलों के आधार से एक भारी और चौड़ी तांबे की पट्टी भवन की बाहरी दीवार से सटकर सीधे जमीन के नीचे तक ले जाई जाती है।
• भू-संपर्कन प्लेट (Earthing): तांबे की पट्टी का निचला सिरा जमीन में गहराई पर नमी वाली मिट्टी में कोयले और नमक के बीच दबी एक बड़ी तांबे की प्लेट से मजबूती से जुड़ा होता है ताकि भू-प्रतिरोध न्यूनतम ($< 5\ \Omega$) रहे।
• सुरक्षा तंत्र: यदि भवन पर सीधे बिजली गिर भी जाए, तो वह भवन की दीवारों को नुकसान पहुँचाए बिना तांबे की सुचालक पट्टी से होकर सुरक्षित रूप से सीधे धरती में विसर्जित हो जाती है, जिससे इमारत ढहने या आग लगने से बच जाती है।

2.5 तड़ित के समय आत्मरक्षा एवं फैराडे पिंजरा प्रभाव

तड़ित एक अत्यंत जानलेवा प्राकृतिक आपदा है। आंधी-तूफान के समय निम्नलिखित सुरक्षा नियमों का कठोरता से पालन करना चाहिए:

• खुले स्थान में सुरक्षा उपाय:
  • कभी भी किसी ऊंचे या अकेले खड़े पेड़ के नीचे शरण न लें, क्योंकि बिजली हमेशा सबसे ऊंचे चालक मार्ग को चुनती है।
  • धातु की डंडी वाली छतरी या धातु की छड़ लेकर न चलें।
  • तालाब, नदी या खुले जलस्रोतों से तुरंत बाहर निकल आएं, क्योंकि जल विद्युत का अच्छा सुचालक है।
  • उकड़ू बैठने की मुद्रा (Lightning Crouch): खुले मैदान में जमीन पर सीधा कभी न लेटें (क्योंकि जमीन पर फैलने वाली धारा घातक होती है)। दोनों पंजों के बल उकड़ू होकर बैठें, एड़ियां आपस में सटी हों और सिर घुटनों के बीच रखकर कानों पर हाथ रख लें। इससे धरातल से संपर्क न्यूनतम हो जाता है।
• घर के भीतर सुरक्षा उपाय:
  • खिड़की-दरवाजे बंद रखें; पानी के नल, शॉवर व धातु के पाइपों को न छुएं।
  • टीवी, कंप्यूटर, फ्रिज के प्लग निकाल दें; लैंडलाइन तार वाले फोन का उपयोग न करें।
• कार अथवा बस में फैराडे पिंजरा प्रभाव (Faraday Cage): बंद खिड़कियों वाली धातु की कार या बस के भीतर रहना तड़ित के समय पूरी तरह सुरक्षित है। माइकल फैराडे के नियम के अनुसार, किसी खोखले धात्विक आवरण के भीतर विद्युत क्षेत्र सदैव शून्य होता है ($E = 0$)। बिजली गिरने पर सारा आवेश कार की बाहरी धातु से होकर जमीन में चला जाता है और अंदर बैठे यात्री पूर्णतः सुरक्षित रहते हैं।

3.1 पृथ्वी की संकेंद्रीय परतें: भूपर्पटी, मेंटल एवं क्रोड

सीस्मिक (भूकंपीय) तरंगों के विश्लेषण से भूवैज्ञानिकों ने सिद्ध किया है कि पृथ्वी तीन मुख्य संकेंद्रीय परतों में विभाजित है:

1. 1. भूपर्पटी (Crust): पृथ्वी की सबसे बाहरी, ठोस व भंगुर पथरीली परत ($5\text{ से }70\text{ किमी}$ मोटी)।
   • महाद्वीपीय भूपर्पटी (SIAL): औसतन 30-70 किमी मोटी; सिलिका ($\text{Si}$) एवं एल्युमीनियम ($\text{Al}$) से भरपूर हल्के ग्रेनाइट से बनी। घनत्व लगभग $2.7\text{ g/cm}^3$।
   • महासागरीय भूपर्पटी (SIMA): औसतन 5-10 किमी मोटी; सिलिका ($\text{Si}$) एवं मैग्नीशियम ($\text{Mg}$) से भरपूर भारी बेसाल्ट चट्टानों से बनी। घनत्व लगभग $3.0\text{ g/cm}^3$।
2. 2. मेंटल (Mantle): भूपर्पटी के नीचे से $2,900\text{ किमी}$ गहराई तक विस्तृत। यह मुख्य रूप से लोहे व मैग्नीशियम से भरपूर घने सिलिकेट खनिजों से बनी है। घनत्व लगभग $3.3-5.7\text{ g/cm}^3$।
3. 3. क्रोड (Core / NIFE): $2,900\text{ किमी}$ से पृथ्वी के केंद्र ($6,371\text{ किमी}$) तक विस्तृत अत्यधिक सघन भाग। यह निकल ($\text{Ni}$) एवं लोहे ($\text{Fe}$) की मिश्रधातु से बना है, इसलिए इसे निफे (NIFE) कहते हैं।
   • बाह्य क्रोड (Outer Core): तरल पिघला हुआ लोहा-निकल ($2,900-5,150\text{ किमी}$)। इसके संवहन से पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र बनता है।
   • आंतरिक क्रोड (Inner Core): ठोस धातु का गोला ($5,150-6,371\text{ किमी}$)। अत्यधिक उच्च तापमान ($6,000^\circ\text{C}$) के बावजूद लगभग 36 लाख वायुमंडलीय दाब के कारण यह ठोस रहता है।

3.2 दुर्बलतामंडल (एस्थेनोस्फीयर) एवं संवहन धाराओं का चालक

भूपर्पटी और ऊपरी मेंटल का ठोस भाग मिलकर लगभग 100 किमी मोटा स्थलमंडल (Lithosphere) बनाते हैं।

स्थलमंडल के ठीक नीचे मेंटल के ऊपरी भाग में ($100-250\text{ किमी}$ गहराई) एक अर्ध-पिघली, चिपचिपी प्लास्टिक जैसी परत पाई जाती है जिसे दुर्बलतामंडल या एस्थेनोस्फीयर (Asthenosphere) कहते हैं। रेडियोधर्मी पदार्थों की ऊष्मा के कारण यहाँ की चट्टानें अर्द्ध-तरल रूप में रहती हैं।

संवहन धाराएं: एस्थेनोस्फीयर में अत्यधिक ताप के कारण मैग्मा की संवहन धाराएं निरंतर ऊपर उठती और नीचे उतरती हैं। यही धीमी संवहन धाराएं अपने ऊपर तैरती हुई विशाल विवर्तनिक प्लेटों को प्रति वर्ष कुछ सेंटीमीटर की दर से खिसकाती रहती हैं।

3.3 प्लेट विवर्तनिकी सिद्धांत एवं तीन प्रकार की प्लेट सीमाएं

प्लेट विवर्तनिकी सिद्धांत (Plate Tectonics Theory) के अनुसार पृथ्वी का संपूर्ण स्थलमंडल कई विशाल व छोटी कठोर प्लेटों में विभाजित है। इन प्लेटों के किनारों पर ही प्रमुख भूगर्भीय हलचलें घटती हैं:

• 1. अभिसारी सीमाएं (Convergent Boundaries): जब दो प्लेटें एक-दूसरे की ओर बढ़ती हैं और टकराती हैं।
  • महाद्वीप-महाद्वीप टकराव: भारतीय प्लेट और यूरेशियन प्लेट की निरंतर टक्कर से हिमालय पर्वतमाला का उत्थान हुआ है, जिससे यह क्षेत्र अत्यधिक भूकंप प्रवण है।
  • निमज्जन क्षेत्र (Subduction): भारी महासागरीय प्लेट हल्की महाद्वीपीय प्लेट के नीचे धंसकर पिघल जाती है।
• 2. अपसारी सीमाएं (Divergent Boundaries): जब दो प्लेटें एक-दूसरे से विपरीत दिशा में दूर हटती हैं (जैसे मध्य-अटलांटिक कटक), जहाँ मैग्मा बाहर आकर नया समुद्री तल बनाता है।
• 3. रूपांतर सीमाएं (Transform Boundaries): जब दो प्लेटें एक-दूसरे को बिना नष्ट किए क्षैतिज रूप से रगड़ते हुए खिसकती हैं (जैसे कैलिफोर्निया की सैन एंड्रियास भ्रंश रेखा)।

3.4 भ्रंश रेखाएं एवं प्रत्यास्थ प्रतिक्षेप सिद्धांत (Elastic Rebound)

पृथ्वी की पर्पटी की चट्टानों में पड़ने वाली गहरी दरार जिसके दोनों ओर की चट्टानें एक-दूसरे के सापेक्ष खिसक जाती हैं, उसे भ्रंश या फॉल्ट (Fault) कहते हैं।

प्रत्यास्थ प्रतिक्षेप सिद्धांत (एच. एफ. रीड, 1910):

1. प्लेटों की निरंतर गति के बावजूद भ्रंश तल की खुरदरी चट्टानें घर्षण के कारण आपस में जकड़ी रहती हैं।
2. प्लेटों के धकेलने से चट्टानें स्प्रिंग की तरह मुड़ती जाती हैं और उनमें वर्षों तक भारी मात्रा में प्रत्यास्थ विकृति ऊर्जा (Elastic Strain Energy) संचित होती रहती है।
3. जब संचित तनाव चट्टानों की सहनशीलता से अधिक हो जाता है, तो चट्टानें अचानक टूटकर अपनी मूल स्थिति में वापस झटकती हैं।
4. इस अचानक टूटने से विमुक्त ऊर्जा तरंगों के रूप में चारों ओर फैल जाती है, जिसे हम भूकंप (Earthquake) कहते हैं।

3.5 विश्व की प्रमुख भूकंपीय पेटियां

पृथ्वी के लगभग 95% भूकंप निश्चित प्लेट सीमाओं पर आते हैं:

• प्रशांत महासागरीय पेटी ("Ring of Fire"): प्रशांत महासागर के चारों ओर जापान, फिलीपींस, इंडोनेशिया, चिली व कैलिफोर्निया में फैली है। विश्व के 80% से अधिक बड़े भूकंप इसी पेटी में आते हैं।
• मध्य महाद्वीपीय-हिमालय पेटी (Alpide Belt): भूमध्य सागर, तुर्की, ईरान, हिमालय (उत्तर भारत, नेपाल) से होकर इंडोनेशिया तक जाती है। विश्व के लगभग 15% भूकंप यहाँ दर्ज होते हैं।

4.1 भूकंप का उद्गम केंद्र (Focus) एवं अधिकेंद्र (Epicenter)

भूकंप के वैज्ञानिक विश्लेषण हेतु दो भौगोलिक बिंदुओं को समझना आवश्यक है:

• उद्गम केंद्र या फोकस (Hypocenter / Focus): पृथ्वी की सतह के नीचे वह वास्तविक बिंदु जहाँ चट्टान पहली बार टूटती है और भूकंपीय ऊर्जा विमुक्त होती है। यह उथला ($0-70\text{ किमी}$), मध्यम ($70-300\text{ किमी}$) या गहरा ($>300\text{ किमी}$) हो सकता है। उथले भूकंप सर्वाधिक विनाशकारी होते हैं।
• अधिकेंद्र (Epicenter): उद्गम केंद्र के ठीक लंबवत धरातल (सतह) पर स्थित बिंदु को अधिकेंद्र कहते हैं। फोकस से सबसे निकट होने के कारण भूकंपीय तरंगें सर्वप्रथम यहीं पहुँचती हैं और सर्वाधिक तबाही अधिकेंद्र के आसपास ही होती है।

4.2 सीस्मिक तरंगें: P-तरंगें, S-तरंगें एवं धरातलीय तरंगें

भूकंप के केंद्र से निकलने वाली ऊर्जा तरंगों के रूप में चलती है, जिन्हें सीस्मिक तरंगें (Seismic Waves) कहते हैं:

4.3 सीस्मोग्राफ उपकरण एवं अधिकेंद्र का निर्धारण

सीस्मोग्राफ (Seismograph): भूकंपीय तरंगों की तीव्रता और कंपन का आलेखन करने वाले वैज्ञानिक यंत्र को सीस्मोग्राफ (भूकंपमापी) कहते हैं। इसके द्वारा कागज पर अंकित ग्राफ को सीस्मोग्राम (Seismogram) कहते हैं।

कार्य सिद्धांत (जड़त्व का नियम):

• यंत्र में एक भारी धातु का लोलक स्प्रिंग से लटकता रहता है, जबकि फ्रेम जमीन से मजबूती से जुड़ा होता है।
• भूकंप आने पर जमीन और फ्रेम हिलते हैं, किंतु भारी लोलक अपने भारी विराम जड़त्व के कारण स्थिर रहने का प्रयास करता है।
• लोलक से लगा पेन घूमते हुए ड्रम पर कंपन का ग्राफ खींचता जाता है।
• अधिकेंद्र का त्रिकोणीयन (Triangulation): तेज P-तरंगों और धीमी S-तरंगों के आगमन समय के अंतर ($\Delta t = t_S - t_P$) से स्टेशन की अधिकेंद्र से दूरी मापी जाती है। कम से कम तीन स्वतंत्र सीस्मोग्राफ स्टेशनों की दूरियों के वृत्तों के कटान बिंदु से अधिकेंद्र की सटीक स्थिति ज्ञात की जाती है।

4.4 रिक्टर पैमाना बनाम मरकैली पैमाना

भूकंप के परिमाण और प्रभाव को मापने के दो अलग पैमाने हैं:

• रिक्टर पैमाना (Richter Scale - परिमाण / Magnitude): 1935 में चार्ल्स एफ. रिक्टर द्वारा विकसित। यह भूकंप के केंद्र से निकली कुल ऊर्जा का वैज्ञानिक गणितीय माप है।
  • लघुगणकीय पैमाना: रिक्टर पैमाने पर 1 इकाई की वृद्धि का अर्थ है सीस्मोग्राम पर तरंग आयाम में 10 गुना वृद्धि तथा विमुक्त ऊर्जा में लगभग 31.62 गुना ($10^{1.5}$) की वृद्धि!
  • 7.0 परिमाण का भूकंप 5.0 परिमाण के भूकंप की तुलना में लगभग $31.62 \times 31.62 \approx \mathbf{1,000\text{ गुना अधिक ऊर्जा}}$ छोड़ता है।
  • यह पैमाना खुला (Open-ended) है; 7.0 से ऊपर के भूकंप भीषण तबाही लाते हैं।
• संशोधित मरकैली पैमाना (Mercalli Scale - तीव्रता / Intensity): यह किसी विशेष स्थान पर हुए प्रत्यक्ष नुकसान और लोगों द्वारा अनुभव किए गए झटकों के आधार पर रोमन अंक $\text{I}$ से $\text{XII}$ तक मापा जाता है। अधिकेंद्र से दूर जाने पर तीव्रता घटती है।

4.5 समुद्र के नीचे भूकंप एवं सुनामी की उत्पत्ति

सुनामी (Tsunami): जापानी शब्द ‘त्सु’ (बंदरगाह) और ‘नामी’ (लहर) से मिलकर बना है, जिसका अर्थ है "बंदरगाह की विनाशकारी लहरें"। समुद्र के तल में शक्तिशाली विवर्तनिक भूकंप से उत्पन्न प्रचंड समुद्री लहरों को सुनामी कहते हैं।

सुनामी निर्माण के चरण:

1. समुद्र के नीचे सबडक्शन क्षेत्र में 7.5 या अधिक तीव्रता के भूकंप से समुद्री तल अचानक ऊपर उठ जाता है या धंस जाता है।
2. इससे ऊपर का विशाल जलस्तंभ एकाएक विस्थापित होकर वृत्ताकार लहरों के रूप में दौड़ पड़ता है।
3. गहरे समुद्र में सुनामी जेट विमान की गति ($>700-800\text{ किमी/घंटा}$) से चलती है, परंतु वहाँ इसकी ऊंचाई 1 मीटर से भी कम और तरंगदैर्घ्य 100-200 किमी होता है, जिससे जहाजों को इसका पता नहीं चलता।
4. उथले जल का प्रभाव (Shoaling Effect): तट के पास आते ही समुद्र तल के घर्षण से तरंग की गति घट जाती है ($v = \sqrt{gd}$), परंतु ऊर्जा संरक्षण के कारण तरंगदैर्घ्य सिकुड़कर जल 10 से 30 मीटर ऊंची दैत्याकार दीवार बनकर तटों पर प्रलय मचा देता है (जैसे 26 दिसंबर 2004 की हिंद महासागर सुनामी)।

5.1 उष्णकटिबंधीय चक्रवात: उत्पत्ति एवं गुप्त ऊष्मा का इंजन

उष्णकटिबंधीय चक्रवात (Tropical Cyclone): उष्णकटिबंधीय गर्म सागरों के ऊपर उत्पन्न होने वाला एक विशाल, चक्राकार निम्न वायुदाब तंत्र है, जिसके केंद्र की ओर हवाएं भयानक वेग से घूमते हुए आती हैं और मूसलाधार वर्षा करती हैं।

चक्रवात निर्माण की अनिवार्य शर्तें:

• गर्म समुद्री सतह: समुद्र के जल का तापमान कम से कम 50 मीटर गहराई तक $27^\circ\text{C}$ या उससे अधिक होना चाहिए।
• तीव्र वाष्पीकरण एवं निम्न दाब: गर्म जल से भारी मात्रा में जलवाष्प ऊपर उठती है, जिससे वायुमंडल में एक गहरा निम्न दाब गर्त बनता है।
• संघनन की गुप्त ऊष्मा का उत्सर्जन: ऊपर उठकर जब जलवाष्प बादलों में संघनित होती है, तो प्रति किलोग्राम लगभग $2.26 \times 10^6\text{ जूल}$ गुप्त ऊष्मा विमुक्त होती है। यह गुप्त ऊष्मा आसपास की हवा को और गर्म करके तेजी से ऊपर धकेलती है, जिससे निम्न दाब और गहरा हो जाता है—यही चक्रवात का ऊष्मीय इंजन है।
• कोरिओलिस बल (Coriolis Force): पृथ्वी के घूर्णन के कारण हवाएं सीधी केंद्र में न जाकर भंवर की तरह घूमने लगती हैं (उत्तरी गोलार्ध में वामावर्त / घड़ी की सुई के विपरीत तथा दक्षिणी गोलार्ध में दक्षिणावर्त)। भूमध्य रेखा पर कोरिओलिस बल शून्य होने से चक्रवात नहीं बनते।

5.2 चक्रवात की संरचना: चक्रवात की आंख एवं आंख की दीवार

उपग्रह चित्रों में एक पूर्ण विकसित चक्रवात के तीन मुख्य भाग स्पष्ट दिखाई देते हैं:

• 1. चक्रवात की आंख (Eye of the Storm): चक्रवात के बिल्कुल केंद्र में स्थित 20 से 50 किमी व्यास का शांत, गोलाकार क्षेत्र। यहाँ वायुदाब न्यूनतम होता है, किंतु शुष्क वायु के नीचे उतरने से आसमान साफ रहता है, हल्की हवा चलती है और वर्षा नहीं होती।
• 2. आंख की दीवार (Eye Wall): शांत आंख को घेरे हुए विशाल कपासी-वर्षी बादलों की वृत्ताकार दीवार। यह चक्रवात का सर्वाधिक विनाशकारी व हिंसक भाग है, जहाँ हवा की गति 150 से 250 किमी/घंटा या अधिक होती है और भयानक मूसलाधार वर्षा होती है।
• 3. सर्पिलाकार वर्षा पट्टियां (Spiral Rainbands): केंद्र से सैकड़ों किलोमीटर बाहर तक फैली बादलों की पट्टियां जो तेज आंधी और ज्वारीय लहरें (Storm Surges) लाती हैं।

5.3 भूकंप के समय आत्मरक्षा: "Drop, Cover, and Hold On"

चूँकि भूकंप की कोई पूर्व चेतावनी नहीं मिलती, इसलिए झटके महसूस होते ही स्वतःस्फूर्त सुरक्षा तकनीक अपनाना जीवन बचा सकता है:

• यदि आप भवन के भीतर हैं:
  • DROP (झुकें): कंपन होते ही घुटनों के बल फर्श पर बैठ जाएं ताकि गिरकर चोटिल न हों।
  • COVER (ढकें): किसी मजबूत लकड़ी की मेज या पलंग के नीचे जाएं और सिर व गर्दन को हाथों से ढक लें।
  • HOLD ON (पकड़ें): जब तक कंपन पूरी तरह न रुके, मेज के पायों को मजबूती से पकड़े रहें।
  • सावधानियां: काँच की खिड़कियों, भारी अलमारियों व झूमरों से दूर रहें। कभी भी लिफ्ट का उपयोग न करें (बिजली कटने से बंद होने का खतरा); झटकों के समय सीढ़ियों पर न भागें।
• यदि आप खुले मैदान में हैं: इमारतों, बिजली के खंभों, तारों और ओवरब्रिज से दूर किसी खुले मैदान या पार्क में चले जाएं।
• चलते वाहन में होने पर: वाहन को पुलों व ओवरपास से दूर सड़क के किनारे सुरक्षित रोकें और कंपन रुकने तक वाहन के अंदर ही रहें।

5.4 चक्रवात चेतावनी प्रणाली एवं सामुदायिक तैयारी

भूकंप के विपरीत, आधुनिक मौसम उपग्रहों और डॉप्लर वेदर रडारों की सहायता से चक्रवातों का पूर्वानुमान कई दिन पहले से लगाया जा सकता है:

• भारत मौसम विज्ञान विभाग (IMD) की चार चरणीय चेतावनी:
  • Cyclone Watch: संभावित चक्रवात से 72 घंटे पूर्व जारी।
  • Cyclone Alert (पीली चेतावनी): तट की ओर बढ़ने से 48 घंटे पूर्व।
  • Cyclone Warning (नारंगी/लाल चेतावनी): चक्रवात टकराने से 24 घंटे पूर्व प्रभावित जिलों के लिए।
  • Post-Landfall Outlook: भूभाग पार करने से 12 घंटे पूर्व वर्षा व हवाओं का अनुमान।
• समुदाय की तैयारी: तटीय क्षेत्रों से लोगों को पक्के चक्रवात राहत शिविरों में ले जाना, पीने का स्वच्छ पानी, सूखा भोजन, टॉर्च और रेडियो का सुरक्षित प्रबंध रखना।

5.5 प्राकृतिक आपदाओं की तुलनात्मक तालिका