વાયુમંડલીય વિદ્યુત

વાયુમંડલીય વિદ્યુત : વાયુમંડળમાં સર્જાતી વિદ્યુત-ઘટનાઓમાં, મેઘગર્જના સાથે દેખાતા વિદ્યુત-પ્રપાતો અને પ્રમુખ દૃશ્ય ઘટના. પરંતુ આ ઉપરાંત સ્વચ્છ જણાતા શાંત વાતાવરણમાં પણ નિરંતર, પરંતુ પ્રમાણમાં ઘણો નિર્બળ એવો વિદ્યુત-પ્રવાહ વહેતો જ હોય છે અને આ બંને પ્રકારની વિદ્યુત-ઘટનાઓ તેમની વચ્ચેના પરસ્પર સંબંધ દ્વારા પૃથ્વીવ્યાપી વિદ્યુત-પ્રવાહની એક સાંકળ સર્જે છે. આ પ્રવાહની સાંકળનો એક હિસ્સો પૃથ્વીમાં વહે છે, જ્યારે બીજો હિસ્સો વાતાવરણના 60 કિલોમીટરની ઉપરના સ્તર અયનમંડળ(ionosphere)માં વહેતો હોય છે. સૂર્યની ઊર્જાના X તેમજ અલ્ટ્રાવાયોલેટ વિકિરણોના પ્રભાવ નીચે વાતાવરણના 60 કિલોમીટરની ઉપરના સ્તરોના અણુ-પરમાણુઓનું વીજાણુઓમાં પરિવર્તન થતાં આ સ્તરો વિદ્યુતના સુવાહક બને છે, પરંતુ વાતાવરણનો નીચેનો વિસ્તાર અવાહક હોય છે.

પહેલાં વર્ષા સાથે સંકળાયેલ વિદ્યુત-પ્રપાતો જેવી ઘટનાઓને સમજવી જરૂરી છે. કેટલાંક કારણોસર, પ્રબળ ઊર્ધ્વગામી વાયુપ્રવાહો સાથે સંકળાયેલ Cumulo Nimbus પ્રકારનાં વર્ષાવાદળોમાંનાં પાણીનાં ટીપાં અને બરફના કરા સારા એવા પ્રમાણમાં વિદ્યુતભાર ધરાવતાં બને છે.

આ પ્રકારનાં વાદળો સામાન્ય રીતે ભૂમિસ્તરથી એકાદ કિલોમીટરની ઊંચાઈથી માંડીને દસેક કિલોમીટર ઊંચાઈ સુધી વિસ્તરેલ હોય છે અને તેના કેન્દ્ર ભાગમાં પ્રતિ સેકન્ડ 30 મીટર જેવી પ્રબળ ગતિ ધરાવતા ઊર્ધ્વગામી વાયુપ્રવાહો વહેતા હોય છે. આ પ્રવાહમાં ઘસડાતાં પાણીનાં ટીપાં વાતાવરણમાં ઊંચે પહોંચતાં થીજી જાય છે, પહેલાં બહાર બરફનું પડ જામે છે અને બાદમાં અંદરનું પાણી થીજે છે. અંદરનું પાણી થીજીને બરફ થવાથી વિસ્તાર પામતાં તે બહારના પડને વિસ્ફોટક રીતે તોડે છે અને આ દરમિયાન બહાર ફેંકાતા બરફના ઝીણા રજકણો ધન વિદ્યુતભાર ધરાવતા હોય છે અને અંદરનો વિસ્તાર ઋણ વિદ્યુતભાર ધરાવતો બને છે. ઊર્ધ્વગામી વાયુપ્રવાહોને કારણે ઝીણા રજકણો ઉપર તરફ જતાં અને ભારે ટુકડા નીચે તરફ આવતાં વાદળના સ્તરોમાં વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત સર્જાય છે. આ ઉપરાંત ઉપર તરફ ગતિ કરતાં નાના રજકણો અને ટીપાં, નીચેની તરફ પડતાં મોટાં ટીપાંઓ તેમજ બરફના કરાઓ સાથે અથડામણ દ્વારા પણ વિદ્યુતભાર ધરાવતાં થાય છે.

પાણીનાં ટીપાં તેમજ બરફના કરાઓ વિદ્યુતભારિત કેવી રીતે થાય છે એ બાબતે હજી વૈજ્ઞાનિકોમાં મતમતાંતર છે, પરંતુ એ વાત ચોક્કસ છે કે સમગ્ર ઘટનાઓને પરિણામે આવાં વાદળોના ઉપરના સ્તરો ધન-વિદ્યુતભાર ધરાવતા હોય છે; જ્યારે જમીન નજીકના સ્તરો ઋણ-વિદ્યુતભાર ધરાવતા હોય છે.

વિદ્યુતભારિત થયેલ વાદળોના સ્તરો વચ્ચે વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતનું મૂલ્ય મીટરદીઠ લાખો વોલ્ટ (એટલે કે સેંકડો કિલોવોલ્ટ) જેવું પ્રબળ હોઈ શકે અને આવા પ્રચંડ વિદ્યુત-દબાણની અસર નીચે વાયુના અણુઓ, વીજાણુ સ્વરૂપમાં ફેરવાતાં વાયુનો વિદ્યુત-અવરોધ તૂટી પડે છે અને વિદ્યુત-પ્રપાત (discharge) સર્જાય છે. આને કારણે ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા જે દબાણનું મોજું સર્જે તે ‘કડાકા’ તરીકે સંભળાય છે અને આ કડાકાનું વાદળોના સ્તરોમાં પરાવર્તન થતાં ગડગડાટી સંભળાય છે.

મોટાભાગનાં વિદ્યુત-પ્રપાતો તો વાદળના સ્તરો વચ્ચે જ સર્જાતા રહે છે, પરંતુ તેમાંના કેટલાક ભૂમિ ઉપર પણ ત્રાટકે છે અને આને કારણે કોઈ વખત માનવી કે પશુનું મૃત્યુ થાય છે કે ઝાડ પર પ્રપાત થતાં ઝાડ સળગી ઊઠે છે કે ફાટી જાય છે. વિદ્યુત-પ્રપાતો લઘુતમ અવરોધનો માર્ગ લેતા હોવાથી શહેરોમાં ઊંચાં મકાનો કે ટાવર ઉપર પ્રપાતની શક્યતા ઘણી વધુ રહે છે. આ કારણથી ઊંચા ટાવર પર અણીવાળા છેડા ધરાવતા તાંબાના સળિયા જેવા વિદ્યુતરક્ષક (lightning protector) રખાય છે, જે વિદ્યુત-પ્રપાત સમયે વિદ્યુતભારનું જમીનમાં તત્કાલ વહન કરી શકે.

ભૂમિ પર થતાં પ્રપાતો, વિદ્યુતભારિત પાણીનાં ટીપાંની વર્ષા તેમજ આ સમય દરમિયાન ઊંચી વનસ્પતિની ટોચ પરથી જોઈ ન શકાય તેવા ઓછી માત્રાના વિદ્યુતસ્રાવ(electrical discharges)ને કારણે ભૂમિને ઋણ વિદ્યુતભાર મળતો રહે છે; જ્યારે ઉપર તરફ જતાં ઝીણા રજકણો દ્વારા ધન વિદ્યુતભાર વાદળના ઉપરના સ્તરોને મળતો રહે છે; જે તેની ઉપરના સ્તરોમાં વિદ્યુતસ્રાવ પ્રકારની ઘટના દ્વારા અયનમંડળ (ionosphere) સુધી પહોંચે છે. (આ પ્રકારની વર્ષાવાદળ ઉપર સર્જાતી ઘટનાઓ અવકાશયાનોએ પણ નોંધી છે.)

સ્વચ્છ અને શાંત વાતાવરણમાં વિદ્યુત–પ્રવાહો : તોફાની વર્ષાવાદળોના વિસ્તાર પર ઉપર જણાવ્યા અનુસાર ભૂમિ ઋણ વીજભાર ધરાવતી થાય છે અને ધન વીજભાર અયનમંડળના નીચલા સ્તરો સુધી પહોંચે છે. આને સમતુલિત કરવા માટે શાંત અને સ્વચ્છ વાતાવરણના વિસ્તારો, જે વર્ષાવાદળોના વિસ્તાર કરતાં કોઈ પણ સમયે પૃથ્વી પર ઘણો વધુ વ્યાપ ધરાવે છે, ત્યાં વાતાવરણમાં, પ્રમાણમાં ઘણો નબળો એવો વીજપ્રવાહ વહે છે; જેમાં ધન વીજભાર ધરાવતા વીજાણુઓ વાતાવરણના ઉપરના સ્તરોમાંથી ભૂમિ પર પહોંચતા રહે છે. આ વિદ્યુત-પ્રવાહની માત્રા સરેરાશ ચોરસ કિલોમીટરદીઠ ~ એક માઇક્રોઍમ્પિયર (ઍમ્પિયરનો દસ લાખમો ભાગ) જેટલી હોય છે. (વર્ષાવાદળોના વિસ્તારમાં સરેરાશ તેની માત્રા એક ઍમ્પિયર જેવી હોય છે.) આમ વર્ષાવાદળોના વિસ્તારો પર, વાતાવરણમાં નીચેની તરફ આવતો ઋણ વિદ્યુતભાર તથા શાંત વાતાવરણમાં નીચેની તરફ આવતો ધન વિદ્યુતભાર (અર્થાત્ વિરુદ્ધ દિશાનો વિદ્યુત-પ્રવાહ) એકબીજાને સમતુલિત કરે છે. આ વિદ્યુત-પ્રવાહ વાતાવરણની ઉપર અયનમંડળમાં તેમજ નીચે ભૂમિસ્તર પર વહીને એક પૃથ્વીવ્યાપી વિદ્યુત-પ્રવાહની સાંકળ રચે છે.

આ શાંત વાતાવરણના વિદ્યુત-પ્રવાહના અભ્યાસમાં એક નોંધપાત્ર વિગત એ જણાય છે કે તેની પ્રબળતા ગ્રિનિચ સમય અનુસારના મધ્યાહ્ને, ત્યાંના મધ્યરાત્રિના સમય કરતાં આશરે 20 % જેટલી વધુ રહેતી જણાય છે ! ગ્રિનિચ સમયનું આ પૃથ્વીવ્યાપી ઘટનામાં શું મહત્ત્વ એ સવાલ સ્વાભાવિક રીતે જ ઊઠે. કારણ એ મનાય છે કે ગ્રિનિચ સમયનો મધ્યાહ્ન, એશિયાની વિશાળ ભૂમિના મધ્યાહ્ન પછીનો સમય છે; જ્યાં તે સમયે સરેરાશ વર્ષાતોફાનો (thunder clouds) મહત્તમ હોય છે; જ્યારે ગ્રિનિચ મધ્યરાત્રિનો સમય, પૅસિફિકના મહાસમુદ્ર ઉપરનો મધ્યાહ્ન-સમય છે અને સમુદ્રવિસ્તાર પર આ પ્રકારની વર્ષાવાદળ-ઘટના પ્રમાણમાં ઓછી સર્જાય છે.

વાતાવરણમાં સર્જાતી વિદ્યુત-ઘટનાઓના ઘણાં પાસાંઓ વિશે હજી વૈજ્ઞાનિક સમજૂતી અસ્પષ્ટ છે. એમ પણ મનાય છે કે સૂર્યકલંકોમાં વૃદ્ધિ સમયે અયનમંડળની વિદ્યુત-વાહકતામાં થતો વધારો તથા જ્વાળામુખી-વિસ્ફોટ સમયે તેમાં જણાતો ઘટાડો વિદ્યુત-પ્રપાતોના પ્રમાણ પર તેમજ વર્ષાવાદળો દ્વારા થતી વર્ષા પર અસર કરે છે. આ મંતવ્યને સમર્થન આપતાં અવલોકનો (Chernobyl) ખાતેના રશિયન પરમાણુ-રિઍક્ટરની દુર્ઘટના સમયે નોંધાયેલ છે. આ દુર્ઘટના પછી તે વિસ્તારના વાતાવરણમાં છવાયેલ રેડિયોઍક્ટિવ રજકણોને કારણે વાતાવરણના ઉપરના સ્તરોની વિદ્યુત-વાહકતામાં વધારો થયો અને તેને કારણે વિદ્યુત-પ્રપાતોની ઘટના પણ વધેલી જણાઈ હતી.

વાતાવરણની ઉપર દર્શાવેલ પ્રકારની વિદ્યુત-ઘટનાઓ ઉપરાંત એક અન્ય પ્રકારની જવલ્લે જ જણાતી વિદ્યુત-ઘટના છે, જે Ball Lightening તરીકે ઓળખાય છે. આ ઘટના વાતાવરણ સવિશેષ વિદ્યુતમય હોય (વર્ષાના તોફાન જેવા સમયે) ત્યારે સર્જાતી જણાય છે, પરંતુ જવલ્લે જ. આમાં એક પ્રકાશિત વિદ્યુત-ગોળો સર્જાતો જણાય છે, જેનું ટૂંક સમયના અસ્તિત્વ પછી વાતાવરણમાં વિસર્જન થઈ જાય છે. અસ્તિત્વ દરમિયાન આ ગોળો એક સ્થાનેથી બીજા સ્થાને ફરતો રહે છે. આ ઘટના વીજાણુઓના પ્લાઝ્મા પ્રકારની મનાય છે, પરંતુ જવલ્લે જ અને અણધારી બનતી હોવાથી આ ઘટનાનાં વૈજ્ઞાનિક અવલોકનો તેમજ સ્પષ્ટ સમજૂતી અપર્યાપ્ત છે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ