ઓઝોન મંડળ

ઓઝોન મંડળ (ozonosphere) : પૃથ્વીની સપાટીથી 15 કિમી.થી 50 કિમી. સુધીની ઊંચાઈના વિસ્તારમાં આવેલો વાતાવરણનો રસોમંડળ (stratosphere) નામનો વિભાગ; એમાં ઓઝોન(O₃)નું સંયોજન તથા વિયોજન (dissociation) થાય છે. ઓઝોન સામાન્યત: લગભગ 70 કિમી. ઊંચાઈ સુધી પ્રસરેલો હોય છે. હટ્ઝબર્ગ સાતત્ય(continuum)ના વર્ણપટના 2000-2400 તરંગલંબાઈના અલ્ટ્રાવાયોલેટ સૌર કિરણોનું ઑક્સિજન વડે 35 કિમી. ઊંચાઈએ અવશોષણ થતાં નીચે દર્શાવેલ પ્રક્રિયાઓ મારફત ઓઝોનનું નિર્માણ થાય છે :

રસોમંડળમાં વિકિરણો(radiation)નું અવશોષણ થવાથી તેની ઊંચાઈ સાથે તાપમાન વધે છે, જ્યારે ઓઝોન અમુક ઊર્જાનું વિકિરણ કરે છે (O₃નું O₂માં વિઘટન થતાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે). આ બે પ્રક્રિયાઓને અધીન રહીને પરિણામી તાપમાનનું વિતરણ થતું હોય છે. ક્ષોભમંડળ(troposphere)ની ઉપરિ-સીમા(ક્ષોભસીમા tropopause)એ તાપમાન -60⁰ સે.થી વધીને રસોમંડળની 50 કિમી. સીમાંત ઊંચાઈએ (સમતાપસીમા, stratopause) 0⁰ સે. મૂલ્ય સ્થિર થાય છે અને વર્ષ દરમિયાન તાપમાનમાં આ મૂલ્યોમાં ±20⁰ સે.ની મર્યાદામાં મોસમી ફેરફારો થતા રહે છે. સૌર વિકિરણનું મહત્તમ અવશોષણ 2500 તરંગલંબાઈએ 50 કિમી. ઊંચાઈની આસપાસ થતું હોય છે અને 25 કિમી. ઊંચાઈએ પહોંચતાં સુધીમાં તો સૂર્યના 200 સુધીનાં લગભગ બધાં અલ્ટ્રાવાયોલેટ વિકિરણો સંપૂર્ણપણે શોષાઈ જાય છે. આ અવશોષણથી O₃નું વિઘટન થતાં O₂ ઉત્પન્ન થાય છે ને સંતુલન-સ્થિતિ પૂરતો O₃ જળવાઈ રહે છે. આમ ઓઝોનમંડળ સૂર્યનાં ઘાતક વિકિરણો સામે પૃથ્વી પરની જીવસૃષ્ટિનું સંરક્ષક છત્ર બની રહે છે. 20 કિમી.થી નીચેના વિસ્તારમાં કોઈ પણ વિકિરણથી વાયુઓમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયા થતી નથી. 2000 થી ઓછી તરંગલંબાઈનાં વિકિરણો 90 કિમી.થી ઊંચે વિસ્તરેલા આયનમંડળમાં શોષાઈ જાય છે. O₂નું મહત્તમ વિયોજન 50 કિમી. ઊંચાઈએ થતું હોવા છતાં ઓઝોનનું વિતરણ એવી રીતે થાય છે કે તેનું મહત્તમ ઘનત્વ 25 કિમી. ઊંચાઈની આસપાસ રહે છે. પ્રકાશ-રાસાયણિક (photo-chemical) ક્રિયા ઉપરાંત પ્રક્ષોભ (turbulance) અને પ્રસરણ(diffusion)ની ક્રિયાઓને અનુસરી, સમય અને મોસમના સંજોગોને અધીન રહી મહત્તમ ઘનત્વની આ ઊંચાઈ 25થી 35 કિમી. વચ્ચે બદલાતી રહે છે.

3000 થી ઓછી તરંગલંબાઈના વિકિરણથી ઓઝોનનો નાશ અથવા તેનું વિયોજન થઈ શકે છે. ક્લોરીન, હેલોજનયુક્ત હાઇડ્રોકાર્બન, નાઇટ્રોજન, ઑક્સાઇડ (N_zO, NO) વગેરે પ્રદૂષકો પણ ઓઝોનનું ઘનત્વ ઘટાડવામાં મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. આ પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે છે :

પરાધ્વનિક (supersonic) જેટ વિમાનો 10 કિમી. કરતાં વધારે ઊંચાઈએ ઉડ્ડયન કરે છે અને તેના બળતણના જેટ વાયુઓમાંથી અને એરોસોલમાં વપરાતા પ્રણોદકો(ropelents)થી આવાં પ્રદૂષકો ઓઝોનમંડળમાં પ્રસરી શકે છે. કુદરતી રીતે પ્રવર્તતા ઓઝોનના જથ્થામાં ઘટાડો થાય તો કેટલીક તરંગલંબાઈઓના (2500-3000 ) પારજાંબલી વિકિરણો પૃથ્વીની સપાટી સુધી પહોંચી શકે અને તે ત્વચાનાં કૅન્સર, આંખના મોતિયા અને રોગપ્રતિકારશક્તિના ઘટાડા માટે કારણભૂત બની શકે. ઓઝોનનું પ્રમાણ વધે તો આપોઆપ સંતુલન જાળવવા તેનું વિભાજન થતું હોય છે. આમ ઓઝોનનું જરૂરી પ્રમાણ જળવાઈ રહે તે માટે વૈજ્ઞાનિકો ચિંતિત છે. પ્રદૂષક વાયુઓનું પ્રમાણ વધતું રહે તો ‘ગ્રીન હાઉસ’ અસરથી પૃથ્વીનું તાપમાન વધતું રહે અને સમગ્ર આબોહવામાં આને કારણે હાનિકારક પલટો આવવાની શક્યતા રહે છે.

ઓઝોનમંડળનો વિસ્તાર 40 કિમી. હોવા છતાં ત્યાંનું વાતાવરણ અત્યંત હલકું (rarefied) હોય છે અને બીજા વાયુઓના અણુઓના સંખ્યાપ્રમાણની સરખામણીમાં ઓઝોન અણુઓનું સંખ્યાપ્રમાણ અત્યંત ઓછું હોય છે. દા.ત., 10 કિમી. ઊંચાઈએ 1 ઘન સેમી.માં બધા સંમિશ્ર વાયુઓની અણુસંખ્યા 8.6 × 10¹⁸ છે, જ્યારે ઓઝોન અણુઓની સંખ્યા 3 × 10¹¹ છે. 50 કિમી. ઊંચાઈએ આ આંકડા અનુક્રમે 2.25 × 10¹⁶ અને 5.0 × 10¹⁰ છે. 60 કિમી. ઊંચાઈએ ઓઝોન અણુસંખ્યા-ઘનતા 10¹⁰/ઘ.સેમી. જેટલી ઘટી જાય છે. તેની મહત્તમ ઘનતા 4 × 10¹²/ઘ.સેમી., 25-27 કિમી. ઊંચાઈએ હોય છે. આમ ઓઝોન અણુઓની અણુસંખ્યા-ઘનતા, બધા વાયુઓની કુલ અણુસંખ્યાના મુકાબલે દસ લાખમા ભાગ જેટલી અને મહત્તમ અણુસંખ્યા-ઘનતા લાખમા ભાગ જેટલી જ હોય છે. ઓઝોનની વિરલતાનો ખ્યાલ ઓઝોન મંડળની જાડાઈના રૂપમાં આપી શકાય. શૂન્ય અંશ સે. તાપમાને અને 760 મિમી. વાતાવરણના દબાણે ઓઝોન મંડળને સમાનપણે સંકોચવામાં આવે તો તેનો ઊંચાઈ-વિસ્તાર વિષુવવૃત્ત ઉપર માત્ર 105 મિમી. અને ધ્રુવો આગળ 4.0 મિમી. જેટલો થવા પામે. પરંતુ ઓઝોનના અણુઓની જે મહત્તમ સંખ્યાઘનતા છે તે ઘનતાએ, સમાનપણે ઓઝોનમંડળને વિતરિત કરવામાં આવે તો તે મંડળની જાડાઈ ફક્ત 0.16 મિમી. જેટલી થાય. આમ 40 કિમી. ઊંચાઈ-વિસ્તારનું ઓઝોનમંડળ, વાયુમંડળના રસોમંડળ વિભાગમાં અત્યંત અલ્પ પ્રમાણમાં હોય છે.

ઓઝોનનું વિતરણ માપવાની પ્રાયોગિક રીતો :

(1) ભૂસ્થિત ડૉબ્સન સ્પેક્ટ્રૉમિટર : આ સાધનથી કુલ ઓઝોન અને તેનાથી મળતા ઊલટતા-પ્રભાવ (જર્મન umkehr)ને આધારે ઓઝોન વાયુના વિતરણની ગણતરી થઈ શકે છે. કુલ ઓઝોન ડૉબ્સન એકમ 1 DU = 10^–3 સેમી. (સા. તા. દ.). તિરુઅનંતપુરમ્માં માર્ચ 1983માં લીધેલ અવલોકનો દર્શાવે છે કે કુલ ઓઝોન = 2.4થી 2.6 મિમી. (સા.તા.દ.) છે.

(2) સૌર–ફોટોમિટર : આ સાધનને સૂર્ય તરફ તાકીને રાખતાં 0.6 માઇક્રૉનના લાલ રંગના વિકિરણની અને 0.4 માઇક્રૉનના વાદળી રંગના વિકિરણની તીવ્રતા માપે છે. આ બે તરંગલંબાઈના વિકિરણની તીવ્રતા વચ્ચેના તફાવતના આધારે કુલ ઓઝોન વાયુની ગણતરી કરી શકાય છે, જેને ડૉબ્સન અંકમાં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

(3) રાસાયણિક–સંદીપ્તિ પ્રકારનું ઓઝોનમાપક : રહોડેમાઇન-b રંગક અને ગૅલિક ઍસિડના બનેલા સંદીપક(luminescent)ના લેપવાળો છિદ્રલ કાચ, રૉકેટની ટોચે જડેલો હોય છે અને આ રૉકેટને ઊંચે મોકલવામાં આવે છે. ઓઝોનનો સંપર્ક થતાં ર્દશ્ય પ્રકાશ ઉત્પન્ન થાય છે, જેનું ઇલેક્ટ્રૉનિક ઉપકરણો વડે વીજસંકેતોમાં રૂપાંતર કરાય છે. ઓઝોનની ઘનતા અનુસાર ઉદભવતા આ વીજસંકેતો ટેલિમેટ્રી દ્વારા ભૂમિમથક પર મોકલાય છે, જેની મદદથી ઓઝોન વાયુની ઊંચાઈ સાથેના વિતરણની ગણતરી કરવામાં આવે છે.

(4) પ્રકાશીય ઓઝોનમાપક (a) : રૉકેટમાં મોકલેલ સાધન વડે 2600 અને 3000 વર્ણપટવિસ્તારમાં જુદી જુદી ઊંચાઈએ પ્રકાશનું માપન કરાય છે. ઓઝોનમંડળમાં થતા પ્રકાશના અવશોષણને ફેરોમિટરમાં મળતા પ્રદાન-વીજપ્રવાહ સાથે સીધો સંબંધ છે. આના માપન-આંકડા ભૂમિમથકે મોકલાય છે, જેના ઉપરથી ઓઝોનનું ઊંચાઈ સાથે વિતરણ નક્કી કરાય છે. અવલોકનો દર્શાવે છે કે સૂર્યપ્રકાશિત દિવસના ગાળામાં મહત્તમ ઓઝોન આશરે 4.1 × 10¹² અણુઓ/ઘ.સેમી. 24-26 કિમી. ઊંચાઈએ હોય છે. સૂર્ય ક્ષિતિજ તરફ નમે છે તેમ આ ઊંચાઈ આશરે 2 કિમી. વધે છે અને ઓઝોન અણુસંખ્યા-ઘનતા 2 × 10¹² અણુઓ/ઘ.સેમી. સુધી ઘટે છે. આમ છતાં 30-60 કિમી. ઊંચાઈના વિસ્તારમાં સમય સાથે ઓઝોનની અણુસંખ્યા-ઘનતામાં ખાસ ફેરફાર જણાતો નથી.

(b) બીજા પ્રકારના પ્રકાશીય ઓઝોનમાપકમાં 2500, 2800 અને 3100 તરંગલંબાઈના અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશની તીવ્રતાનું માપન દિવસના સૂર્યપ્રકાશિત સમયગાળામાં અને કોઈ વાર 4500 ના ર્દશ્યપ્રકાશની તીવ્રતાનું માપન કરવા માટેનું સંયોજન કરવામાં આવેલું હોય છે. પ્રયોગો ઉપરથી 26-27 કિમી. ઊંચાઈએ ઓઝોનની અણુસંખ્યા-ઘનતા મહત્તમ, બપોર પછી 3-45 કલાકો 3.6 × 10¹² અણુઓ/ઘ.સેમી. હતી. 60 કિમી. ઊંચાઈએ આ મૂલ્ય 6 × 10⁹ અણુઓ/ઘ.સેમી. હતું, જ્યારે ઓઝોનમંડળની નીચલી સીમાએ આ મૂલ્ય 1 × 10¹² અણુઓ/ઘ.સેમી. જેટલું હતું.

એ યાદ રાખવું જરૂરી છે કે થુમ્બા મથક વિષુવવૃત્તની નજીક આવેલું છે. 1979 અગાઉ પણ 23⁰-25⁰ સુધીના મધ્યમ અક્ષાંશોએ રૉકેટ-માપનો થયાં છે. ત્યાં પણ મહત્તમ ઓઝોન અણુસંખ્યા-ઘનતા સમય અને માસને અધીન રહીને 20-30 કિમી. ઊંચાઈએ માલૂમ પડે છે. વળી બીજા મહિનાઓ કરતાં એપ્રિલ અને ઑક્ટોબરમાં તે ઘનતા વધારે હોય છે. 10⁰-23⁰ અક્ષાંશોએ પણ આવા મોસમી ફેરફારો નોંધાયા છે. પણ મહત્તમ અણુસંખ્યા-ઘનતા 25-27 કિમી. આસપાસની ઊંચાઈએ જોવા મળે છે.

ઓઝોન-ઘનતા મિમી./કિમી. એકમમાં પણ માપી શકાય છે. મધ્યમ અક્ષાંશોએ ઓઝોનની મહત્તમ ઘનતા 10 ઑક્ટોબર, 1946ના દિને 0.17 મિમી./કિમી. હતી. મધ્યમ અક્ષાંશોએ ઓઝોનમંડળનો 60 કિમી. ઊંચાઈએ લગભગ અંત આવી જાય છે.

કાંતિલાલ મોતીલાલ કોટડિયા