भूगोलाचा इतिहास: पृथ्वीवरील वातावरण का तापते?

शेतात अनेक ठिकाणी उभारलेले शेडनेट, पॉलीहाऊस तुम्ही पाहिले असतील. युरोपात असे काचेचे ग्रीन हाऊस पूर्वीपासून प्रचलित आहेत. प्रचंड थंडी व हिमवृष्टीमुळे तिथे शेती करणे जवळपास अशक्य ठरते. त्यामुळे मोठमोठी काचघरे उभारून त्यात फुले, फळे भाजीपाला पिकवला जातो. काचेची भिंत त्या पिकाचे बाहेरील हिमवृष्टीपासून रक्षण करतानाच ग्रीनहाऊसमधील ऊब कायम राखते. यावरूनच हरित गृह परिणाम – ग्रीन हाऊस इफेक्ट – हा शब्द घेण्यात आला. आणि पाहता पाहता तो विज्ञानातच नव्हे तर व्यवहारातही रुळला. पण या ग्रीन हाऊसचा अवघ्या पृथ्वीशी आणि आपल्याशी काय संबंध असा प्रश्न अनेकांना पडतो.

वातावरणातील काही घटकांमुळे एखाद्या ग्रहाच्या वातावरणाच्या खालच्या थराचे तापमान वाढणे म्हणजे हरितगृह परिणाम होय. साध्या भाषेत, आपली पृथ्वी नैसर्गिकरित्या उबदार राखण्याची क्रिया म्हणजे हरितगृह परिणाम. ही संकल्पना टप्प्याटप्प्याने विकसित होत गेली.

हेही वाचा : अन्वयार्थ: हा राजकीय क्षुद्रपणाच

हवा ही उष्णतेची दुर्वाहक आहे. त्यामुळे ऊन कितीही कडक असले, तरी त्याच्यामुळे हवा तापणे अपेक्षित नाही. त्यामुळे पृथ्वीचे वातावरण हे अवकाश पोकळीप्रमाणे अतिशीत व त्याचे तापमान शून्य अंशापेक्षाही खूप कमी असायला हवे. पण पृथ्वीच्या वातावरणाचे सरासरी तापमान १५ अंश सेल्सियस आहे. हे कसे काय ? बरोबर २०० वर्षांपूर्वी हा प्रश्न फ्रेंच गणिती व संशोधक जोसेफ फोरिअर यांना पडला. पृथ्वीचे सूर्यापासून असलेले अंतर व सूर्याची उष्णता विचारात घेता पृथ्वी फारच थंडगार असावयास हवी, हे त्यांनी १८२४ मध्ये गणिताने दाखवून दिले. पण ती तशी नसण्याचे कारण मात्र त्यावेळी त्यांना सांगता आले नाही. तरीही असे होण्यात वातावरण कारणीभूत असावे हे त्यांनी अचूक सुचवले. म्हणजे हरितगृह परिणाम हा शब्द फोरिअर यांनी वापरला नसला तरी तसे काहीतरी घडत असावे याची शक्यता त्यांनी व्यक्त केली होती.

तीनच वर्षात, १८२७ व १९३८ मध्ये फ्रेंच शास्त्रज्ञ क्लॉड पौलिएट यांनी फोरिअर यांचे म्हणणे गणिताने पडताळून पाहिले व त्यासंबंधीचे पुरावेच पुढे आणले. हवेतील वाफ व कार्बन डाय ऑक्साईडमुळे पृथ्वी उबदार राहते व यामुळे तिच्यावर जीवसृष्टी टिकून राहते, असेही त्यांनी मांडले.

युनिस न्यूटन फूट या बहुआयामी प्रतिभेच्या पहिल्या अमेरिकन महिला शास्त्रज्ञ होत्या. त्यांनी अनेक क्षेत्रात मोलाचे योगदान दिले. १८५६ मध्ये त्यांनी प्रयोगाने सिद्ध केले की हवेत वाफ असेल तर सूर्यामुळे पृथ्वीचे तापमान जास्त वाढते. असे होण्यात कार्बन डाय ऑक्साइड वायू अधिक प्रभावी असून त्यांच्यामुळे पृथ्वी अधिकच उष्ण होईल हा निष्कर्षही त्यांनी काढला.

हेही वाचा : व्यक्तिवेध: दीपा कर्माकर

या बाबतीत फार महत्त्वाचे योगदान दिले आयरिश शास्त्रज्ञ जॉन टिंडॉल यांनी. रेशो स्पेक्टरोफोटोमीटर हे उपकरण वापरून विविध वायूंकडून होणाऱ्या इन्फ्रारेड लहरींचे (म्हणजे उष्णतेचे) ग्रहण व उत्सर्जन याचे त्यांनी प्रथमच मापन केले. त्यातून त्यांनी १८५९ मध्ये सिद्ध केले, की हवेत ऑक्सिजन व नायट्रोजनचे प्रमाण सुमारे ९९ टक्के असले तरी, हे दोन्ही वायू हे उष्णता ग्रहण व शोषण करीत नाहीत. मात्र हवेत अल्प प्रमाणात असणारी बाष्प, कार्बन डाय ऑक्साइड व हायड्रोकार्बन्स यांच्यामुळे हवेचे तापमान वाढते. स्वीडनचे स्वँट अर्हेनियस यांनी किचकट प्रयोग व मोजमापे करून या सर्व प्रकाराचा पूर्ण अभ्यास केला. हवेतील कार्बन डाय ऑक्साइडचे प्रमाण दुप्पट झाले, तर त्याचे पृथ्वीच्या तापमानावर काय परिणाम होतील याचे गणितीय भाकीतच त्यांनी १८९६ मध्ये जाहीर केले. ७२ वर्षांपूर्वी फोरिअर यांनी मांडलेले गृहीतक ही केवळ कल्पना नसून वास्तव आहे, हे एव्हाना सर्वांना लक्षात आले होते. या विशिष्ट प्रक्रियेला नाव मात्र अजून कुणी दिले नव्हते. १९०३ मध्ये हेही काम निल्स गुस्ताव एखोलम यांनी केले. या प्रकाराला त्यांनी हरितगृह परिणाम (green house effect) हे नाव दिले. आजही ते रूढ आहे. वरील इतिहासाच्या पार्श्वभूमीवर आता ही संकल्पना सहज उलगडू शकते.

पृथ्वीला सूर्यापासून मिळणारी ऊर्जा मुख्यत: प्रकाशाच्या रूपात मिळते. त्या उर्जेपैकी ३० टक्के ऊर्जा प्रकाश किंवा उष्णतेच्या रूपात अवकाशात परावर्तित होते. उरलेली ऊर्जा वातावरण किंवा भूपृष्ठाकडून शोषली जाते. पृथ्वीभोवतीचे वातावरण हे उष्णतेसाठी दुर्वाहक असल्याने सूर्यप्रकाशातील ऊर्जा वातावरणात प्रत्यक्षपणे शोषली जात नाही. यामुळे ती वातावरणास ओलांडून सरळ, आरपार भूपृष्ठापर्यंत येते. भूपृष्ठाने ही ऊर्जा शोषण केल्यामुळे भूपृष्ठाचे तापमान वाढते. भूपृष्ठाकडे येणाऱ्या सौर ऊर्जेपैकी ४० ऊर्जा ही लघुलहरींच्या रूपात असून त्यांच्यातील ऊर्जा अधिक असल्यामुळे भूपृष्ठ तापते. तप्त भूपृष्ठाकडून जी ऊर्जा प्रक्षेपित होते ती दीर्घलहरीच्या म्हणजे उष्णतेच्या रूपात असते. वातावरणातील बहुतेक वायू हे दीर्घलहरींसाठी पारदर्शक आहेत. पण कार्बन डाय ऑक्साइड हा वायू या दीर्घलहरीतील (विशेषत: १२०० ते १८०० नॅनोमीटर तरंगलांबीच्या लहरीतील) ऊर्जा शोषण करतो. कार्बन डाय ऑक्साइडकडून या प्रारण ऊर्जेचे शोषण झाल्यावर त्याच्यातील रेणू अधिक गतिमान होतात. त्यातून या रेणूंच्या संभाव्य टकरांची संख्या वाढते व त्याचा परिणाम वातावरणाचे तापमान वाढण्यात होतो. अशा प्रकारे मूलत: उष्णतेचे दुर्वाहक असणाऱ्या वातावरणाचे तापमान वाढते.

हेही वाचा : संविधानभान : वित्त आयोगाची भूमिका

वरील विवेचन साध्या भाषेत पुढीलप्रमाणे सांगता येईल. सूर्यप्रकाशातील लघुलहरीमुळे प्रथम भूपृष्ठ तापते. तप्त भूपृष्ठाची ऊर्जा दीर्घलहरींच्या म्हणजे उष्णतेच्या रूपात प्रक्षेपित होते. वातावरणातील कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू ही ऊर्जा शोषण करतो व त्यामुळे वातावरणाचे तापमान वाढते. वातावरणात कार्बन डाय ऑक्साइड वायू नसता, तर ही ऊर्जा वातावरणाच्या बाहेर प्रक्षेपित होऊन वातावरण थंड राहिले असते. तात्पर्य, हवेतील कार्बन डाय ऑक्साइडच्या अस्तित्वामुळे वातावरण हे पृथ्वीभोवती एखाद्या ब्लॅंकेटप्रमाणे तिला उबदार ठेवण्याचे कार्य करते. या क्रियेस ‘हरितगृह परिणाम’ म्हणतात. कार्बन डाय-ऑक्साइड शिवाय इतर काही वायूमुळेही हरितगृह परिणाम घडून येतो. उदाहरणार्थ बाष्प, ओझोन, मिथेन वायू, सल्फर डाय ऑक्साइड, ढगातील जलबिंदू, धूळ यांचाही हरितगृह परिणामात वाटा असतो. त्यांना हरितगृह वायू म्हणतात. थंडगार पृथ्वीवर जीवसृष्टीचे फुलणे, बहरणे व उत्क्रांती यात हरितगृह परिणामाचा मोठा वाटा आहे. यामुळे हा परिणाम सजीवांसाठी वरदान ठरला आहे.

पण औद्याोगिक क्रांतीनंतर कोळशाचे मोठ्या प्रमाणावर ज्वलन होऊ लागले. यामुळे हवेतील कार्बन डाय ऑक्साइडचे प्रमाण वाढले. त्यामुळे पृथ्वी केवळ उबदार न राहता तिचे सरासरी तापमान वाढूही शकते, हे लक्षात आले. या क्रियेस ‘ग्लोबल वॉर्मिंग’ किंवा ‘भूताप वृद्धी’ म्हणतात. या घटनेचे पृथ्वीच्या पर्यावरणावर मोठे दुष्परिणाम संभवतात. अशा प्रकारे एक वरदान हाच शाप ठरण्याची वेळ मानवाच्या कृतीमुळे आली आहे.