पर्यावरण विज्ञान के मूल तत्त्व I: परिभाषा, सिद्धांत और क्षेत्र, चारों मंडलों की संरचना और संघटन, ऊष्मागतिकी, ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण और द्रव्यमान संतुलन, और मौसम-वैज्ञानिक प्राचल, ह्रास दरें और पवन आरेख
1. पर्यावरण विज्ञान की परिभाषा, सिद्धांत और क्षेत्र
पर्यावरण विज्ञान पर्यावरण के भौतिक, रासायनिक और जैविक घटकों, उनके बीच की अंतःक्रियाओं और उन पर मानव गतिविधि के प्रभावों का व्यवस्थित अध्ययन है, जिसका उद्देश्य पर्यावरणीय समस्याओं को समझना और हल करना है। यह केवल बहुविषयक नहीं बल्कि अंतर्विषयक है: यह भौतिकी, रसायन, जीवविज्ञान, भूविज्ञान, मौसम विज्ञान, अभियांत्रिकी, अर्थशास्त्र और विधि को एक-दूसरे के बगल में नहीं रखता, बल्कि एक ही समस्या पर उनकी विधियों को जोड़ता है। उदाहरण के लिए, किसी नगर में सल्फ़र डाइऑक्साइड मापने हेतु विश्लेषणात्मक रसायन चाहिए; वह कहाँ जाएगी यह बताने हेतु मौसम विज्ञान; फ़सलों और लोगों पर उसके प्रभाव को आँकने हेतु जीवविज्ञान और विषविज्ञान; और उसके बारे में क्या किया जाए यह तय करने हेतु अभियांत्रिकी, अर्थशास्त्र और विधि।
इस विषय में कई सिद्धांत व्याप्त हैं। द्रव्य संरक्षित रहता है और चक्रित होता है, अतः एक माध्यम से हटाया गया प्रदूषक, जब तक नष्ट या रूपांतरित न हो, दूसरे माध्यम में फिर प्रकट होता है। ऊर्जा एक ही दिशा में प्रवाहित होती है और हर स्थानांतरण पर उसका अवक्रमण होता है। तंत्रों की सीमाएँ होती हैं, एक वहन क्षमता, जिसके पार वे अवक्रमित होते हैं। और एहतियाती, प्रदूषक-भुगतान तथा संधारणीयता के सिद्धांत इन वैज्ञानिक विचारों को नीति में बदलते हैं। बैरी कॉमनर ने वैज्ञानिक सिद्धांतों को द क्लोज़िंग सर्कल (1971) में पारिस्थितिकी के चार "नियमों" में समेटा: हर वस्तु हर दूसरी वस्तु से जुड़ी है; हर वस्तु को कहीं न कहीं जाना ही है; प्रकृति सबसे अच्छा जानती है; और मुफ़्त भोजन जैसी कोई चीज़ नहीं होती।
- प्राकृतिक विज्ञान का आधार: चारों मंडलों की संरचना और कार्य, पारिस्थितिकी, जैव-भू-रासायनिक चक्र और जलवायु।
- प्रदूषण विज्ञान और अभियांत्रिकी: वायु, जल और मृदा में प्रदूषकों के स्रोत, नियति, निगरानी और नियंत्रण, तथा अपशिष्ट प्रबंधन।
- संसाधन और संरक्षण विज्ञान: ऊर्जा, जल, मृदा, वन और जैव विविधता।
- आकलन और प्रबंधन: पर्यावरणीय प्रभाव आकलन, लेखा-परीक्षा, जोखिम आकलन, मॉडलिंग और सांख्यिकी।
- सामाजिक आयाम: विधि, नीति, अर्थशास्त्र, नैतिकता, शिक्षा और जागरूकता।
2. वायुमंडल, जलमंडल, स्थलमंडल और जैवमंडल की संरचना और संघटन
वायुमंडल को इस आधार पर बाँटा जाता है कि ऊँचाई के साथ तापमान कैसे बदलता है। क्षोभमंडल में, जो ध्रुवों पर लगभग 8 किमी और विषुवत रेखा पर 16 से 18 किमी तक पहुँचता है, तापमान ऊँचाई के साथ औसतन लगभग 6.5 °C प्रति किमी घटता है, और लगभग सारा मौसम तथा वायुमंडल के द्रव्यमान का लगभग तीन-चौथाई यहीं है। क्षोभसीमा के ऊपर समतापमंडल लगभग 50 किमी तक फैला है; यहाँ तापमान ऊँचाई के साथ बढ़ता है क्योंकि ओज़ोन, जो मोटे तौर पर 15 और 35 किमी के बीच सांद्रित है, पराबैंगनी विकिरण अवशोषित करती है, और इससे बना व्युत्क्रमण इस परत को स्थिर बनाता है। मध्यमंडल, लगभग 50 से 85 किमी तक, ऊँचाई के साथ ठंडा होता है और मध्यसीमा पर लगभग −90 °C के साथ वायुमंडल का सबसे ठंडा भाग है। उसके ऊपर का तापमंडल लघु-तरंग सौर विकिरण को अवशोषित करके बहुत गर्म होता है और उसमें आयनमंडल है; बहिर्मंडल अंतरिक्ष में विलीन हो जाता है।
| शुष्क वायु में गैस | आयतन से अंश | टिप्पणी |
|---|---|---|
| नाइट्रोजन (N₂) | 78.08% | मुख्यतः निष्क्रिय; जैविक रूप से और तड़ित द्वारा स्थिरीकृत |
| ऑक्सीजन (O₂) | 20.95% | प्रकाश-संश्लेषण से उत्पन्न |
| आर्गन (Ar) | 0.93% | सबसे प्रचुर उत्कृष्ट गैस, पोटैशियम-40 के क्षय से |
| कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) | लगभग 0.042% (2020 के दशक के मध्य में 420 ppm से अधिक) | औद्योगीकरण से पहले के लगभग 280 ppm से बढ़ती हुई |
| नियॉन, हीलियम, मीथेन, क्रिप्टॉन, हाइड्रोजन, नाइट्रस ऑक्साइड | अल्प मात्रा (Ne लगभग 18 ppm, CH₄ लगभग 1.9 ppm) | जलवाष्प लगभग 0 से 4% तक बदलती है और "शुष्क वायु" में नहीं गिनी जाती |
जलमंडल में लगभग 1.39 अरब किमी³ जल है। उसमें से लगभग 97.5% खारा है, लगभग सारा महासागरों में, और केवल लगभग 2.5% मीठा है। मीठे जल का मोटे तौर पर 69% हिमटोपियों और हिमनदों में बंद है और लगभग 30% भूजल है, जिससे झीलों, नदियों, मृदा-नमी, वायुमंडल और सजीवों में 1% से कुछ ही अधिक बचता है। स्थलमंडल कठोर बाहरी आवरण है, भूपर्पटी तथा सबसे ऊपरी प्रावार। महाद्वीपीय भूपर्पटी मोटी (लगभग 30 से 50 किमी, औसत लगभग 35 किमी) और संघटन में ग्रेनाइटी है; महासागरीय भूपर्पटी पतली (लगभग 5 से 10 किमी), सघन और बेसाल्टी है। द्रव्यमान से भूपर्पटी में आठ तत्वों का प्रभुत्व है: ऑक्सीजन लगभग 46.6%, सिलिकॉन 27.7%, ऐलुमिनियम 8.1%, लोहा 5.0%, कैल्शियम 3.6%, सोडियम 2.8%, पोटैशियम 2.6% और मैग्नीशियम 2.1%।
जैवमंडल वह पतला क्षेत्र है जहाँ जीवन है, गहरे समुद्र-तल और गहरे उपसतह से लेकर वायुमंडल में कुछ किलोमीटर ऊपर तक, और यहीं अन्य तीनों मंडल मिलते हैं। यह एक परत के बजाय एक तंत्र है: यह गैसों के लिए वायुमंडल पर, जल के लिए जलमंडल पर और पोषक तत्वों के लिए स्थलमंडल पर निर्भर है, और बदले में तीनों को बदलता है, क्योंकि वायुमंडल की ऑक्सीजन और अधिकांश मृदा इसी ने बनाई है। पृथ्वी के सजीव जैवभार का अधिकांश, कार्बन के रूप में मापने पर, पौधों में है।
3. ऊष्मागतिकी के नियम, ऊष्मा स्थानांतरण, अंतरापृष्ठों के आर-पार द्रव्यमान स्थानांतरण और द्रव्यमान संतुलन
शून्यवाँ नियम तापमान को परिभाषित करता है: किसी तीसरे पिंड से ऊष्मीय साम्य में स्थित दो पिंड आपस में भी साम्य में होते हैं। प्रथम नियम ऊर्जा का संरक्षण है, ΔU = q + w: ऊर्जा रूप बदलती है पर न बनती है न नष्ट होती है, इसीलिए किसी पारितंत्र का ऊर्जा बजट संतुलित होना चाहिए। द्वितीय नियम कहता है कि किसी वियुक्त तंत्र की एन्ट्रॉपी कभी नहीं घटती, अतः ऊर्जा का कोई भी रूपांतरण 100% दक्ष नहीं होता और कुछ ऊर्जा सदा ऊष्मा में अवक्रमित होती है। यही बताता है कि खाद्य शृंखला में ऊर्जा एक ही दिशा में क्यों बहती है और एक पोषी स्तर से अगले तक केवल एक छोटा अंश, प्रायः लगभग 10% माना जाने वाला, क्यों पहुँचता है। तृतीय नियम कहता है कि परम शून्य पर एक पूर्ण क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी शून्य होती है।
| ऊष्मा स्थानांतरण की विधि | नियामक नियम | पर्यावरणीय उदाहरण |
|---|---|---|
| चालन, माध्यम के भीतर बिना स्थूल गति के | फ़ूरिये नियम: q = −kA (dT/dx) | दिन में ऊष्मा का मृदा में नीचे जाना; भवन की दीवार से ऊष्मा हानि |
| संवहन, तरल की स्थूल गति द्वारा | न्यूटन का शीतलन नियम: q = hA ΔT | ऊष्मीय धाराएँ, समुद्री समीर, झीलों में मिश्रण |
| विकिरण, विद्युत-चुंबकीय तरंगों द्वारा, किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं | स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान: E = εσT⁴; वीन: λmax = 2898/T µm | भीतर आता सौर लघु-तरंग, बाहर जाता पार्थिव दीर्घ-तरंग; हरितगृह प्रभाव |
विकिरण के दो परिणाम प्रायः पूछे जाते हैं। चूँकि उत्सर्जन परम तापमान की चौथी घात के साथ बढ़ता है (σ = 5.67 × 10⁻⁸ W m⁻² K⁻⁴), तापमान दोगुना करने से उत्सर्जित ऊर्जा 2⁴ = 16 गुना हो जाती है। वीन नियम से सूर्य, लगभग 5,800 K पर, सबसे प्रबलता से लगभग 2898 ÷ 5800 ≈ 0.5 µm पर, दृश्य भाग में, उत्सर्जन करता है, जबकि पृथ्वी, लगभग 288 K पर, लगभग 2898 ÷ 288 ≈ 10 µm पर, ऊष्मीय अवरक्त में, शिखर पर होती है। यही अलगाव बताता है कि हरितगृह गैसें आने वाले सूर्यप्रकाश के लिए पारदर्शी होकर भी बाहर जाते पार्थिव विकिरण को क्यों अवशोषित कर सकती हैं।
द्रव्यमान स्थानांतरण किसी पदार्थ को उच्च से निम्न सांद्रता या रासायनिक विभव वाले क्षेत्र की ओर ले जाता है। एक ही प्रावस्था के भीतर यह फ़िक के विसरण के प्रथम नियम, J = −D (dC/dx), का पालन करता है। किसी अंतरापृष्ठ के आर-पार, जैसे वायु और जल, मृदा और वायु, या अवसाद और जल, दिशा और सीमा प्रावस्थाओं के बीच साम्य विभाजन से तय होती है (गैस और जल हेतु हेनरी नियम), और दर व्हिटमैन (1923) के द्वि-फ़िल्म सिद्धांत से वर्णित होती है, जिसमें प्रतिरोध अंतरापृष्ठ के दोनों ओर की पतली स्थिर फ़िल्मों में होता है। किसी धारा में ऑक्सीजन का प्रवेश, किसी लैगून से वाष्पशील विलायकों का निकलना और मृदा से भूजल में कीटनाशकों का जाना, सभी अंतरापृष्ठीय द्रव्यमान स्थानांतरण हैं।
द्रव्यमान संतुलन पर्यावरण अभियांत्रिकी का लेखा-नियम है: किसी भी परिभाषित नियंत्रण आयतन हेतु, संचय = निवेश − निर्गम + उत्पादन − उपभोग। स्थिर अवस्था में संचय शून्य होता है, और किसी संरक्षी पदार्थ (कोई अभिक्रिया नहीं) हेतु निवेश निर्गम के बराबर होता है। इसका सबसे सामान्य अनुप्रयोग किसी बहिःस्राव का नदी में मिश्रण है। यदि कोई नदी किसी संरक्षी प्रदूषक के 2 mg/L पर 10 m³/s बहा रही हो और उसमें 50 mg/L पर 0.5 m³/s का बहिःस्राव मिले, तो पूर्णतः मिश्रित सांद्रता (10 × 2 + 0.5 × 50) ÷ (10 + 0.5) = 45 ÷ 10.5 ≈ 4.3 mg/L होगी।
4. मौसम-वैज्ञानिक प्राचल, रुद्धोष्म और पर्यावरणीय ह्रास दरें, और पवन आरेख
वायुमंडलीय दाब किसी बिंदु के ऊपर वायु-स्तंभ का भार है; मानक समुद्र-तल मान 1013.25 hPa है, और यह ऊँचाई के साथ मोटे तौर पर चरघातांकी रूप से घटता है। तापमान छायादार, संवातित आवरण में मापा जाता है; वर्षण वर्षामापी से। आर्द्रता के कई माप हैं। निरपेक्ष आर्द्रता प्रति इकाई आयतन वायु में जलवाष्प का द्रव्यमान है (g/m³); विशिष्ट आर्द्रता प्रति इकाई द्रव्यमान नम वायु में वाष्प का द्रव्यमान है; मिश्रण अनुपात w प्रति इकाई द्रव्यमान शुष्क वायु में वाष्प का द्रव्यमान है, w ≈ 0.622 e ÷ (p − e), जहाँ e वाष्प दाब और p कुल दाब है; संतृप्त मिश्रण अनुपात ws वही राशि है जब e संतृप्त वाष्प दाब es के बराबर हो। सापेक्ष आर्द्रता वास्तविक और संतृप्त मान का अनुपात है, RH ≈ (w ÷ ws) × 100 ≈ (e ÷ es) × 100। विकिरण पाइरानोमीटर से मापा जाता है, और पवन वेग गति हेतु पवनवेगमापी तथा दिशा हेतु वात-दिग्दर्शक से।
ऊपर उठता वायु-पार्सल दाब घटने से फैलता है, और यदि वह परिवेश से कोई ऊष्मा विनिमय न करे (रुद्धोष्म प्रक्रम) तो ठंडा होता है। शुष्क, असंतृप्त वायु हेतु यह दर शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर है, Γd = g ÷ cp = 9.81 ÷ 1004 ≈ 9.8 °C प्रति किमी। पार्सल के संतृप्त होते ही संघनन गुप्त ऊष्मा मुक्त करता है और वह धीमे ठंडा होता है, संतृप्त (आर्द्र) रुद्धोष्म ह्रास दर पर, जो कोई स्थिरांक नहीं बल्कि गर्म, नम वायु में लगभग 4 °C/किमी से लेकर बहुत ठंडी वायु में शुष्क दर के निकट तक होती है, और लगभग 6 °C/किमी एक सामान्य कार्यकारी मान है। पर्यावरणीय ह्रास दर प्रकार में भिन्न है: यह किसी स्थान और समय पर स्थिर वायु का तापमान ऊँचाई के साथ वास्तव में जिस दर से घटता है वह दर है, जिसे रेडियोसॉन्ड से मापा जाता है; मानक वायुमंडल 6.5 °C/किमी मानता है।
| रुद्धोष्म दरों की तुलना में पर्यावरणीय ह्रास दर (ELR) | स्थिरता | विस्थापित पार्सल क्या करता है |
|---|---|---|
| ELR शुष्क दर से अधिक (अतिरुद्धोष्म) | पूर्णतः अस्थिर | परिवेश से गर्म होने के कारण उठता रहता है; प्रबल ऊर्ध्वाधर मिश्रण |
| ELR शुष्क दर के बराबर | उदासीन (शुष्क वायु हेतु) | जहाँ रखा जाए वहीं रहता है |
| ELR संतृप्त और शुष्क दरों के बीच | सशर्त अस्थिर | असंतृप्त हो तो स्थिर, संतृप्त होते ही अस्थिर |
| ELR संतृप्त दर से कम | पूर्णतः स्थिर | अपने आरंभिक स्तर पर लौट आता है; अल्प मिश्रण |
| ऊँचाई के साथ तापमान बढ़ता है (ऋणात्मक ELR) | व्युत्क्रमण, अत्यंत स्थिर | ऊर्ध्वाधर गति दबी हुई; प्रदूषक नीचे फँसे रहते हैं |
एक हल उदाहरण: 30 °C पर भूमि छोड़ता और 1.5 किमी उठाया गया शुष्क पार्सल 9.8 × 1.5 = 14.7 °C ठंडा होकर 15.3 °C का हो जाता है। यदि रेडियोसॉन्ड सतह पर 25 °C और 1,000 मी पर 14 °C दिखाए, तो ELR 11 °C/किमी है, जो 9.8 °C/किमी से अधिक है, अतः परत अतिरुद्धोष्म और पूर्णतः अस्थिर है, जो प्रदूषकों के परिक्षेपण के अनुकूल है। पवन आरेख किसी केंद्र पर एक अवधि की पवन का सारांश है। 8 या 16 दिशाओं में तीलियाँ निकलती हैं; हर तीली की लंबाई उस दिशा से पवन बहने के समय के प्रतिशत के अनुपात में होती है, उसकी पट्टियाँ गति-वर्ग दिखाती हैं, और शांत समय का प्रतिशत केंद्रीय वृत्त में लिखा जाता है। इसका उपयोग उद्योगों, हवाई अड्डों और निगरानी केंद्रों के स्थान-निर्धारण में होता है: प्रदूषक संयंत्र नगर के अनुवात होना चाहिए, अर्थात् उस ओर जिधर प्रचलित पवन बहती है, ताकि नगर उसके प्रतिवात रहे। प्रदूषण आरेख इसी प्रकार सांद्रता को पवन दिशा के सापेक्ष दर्शाता है।
मुख्य बिंदु
- पर्यावरण विज्ञान भौतिक, रासायनिक और जैविक पर्यावरण तथा उस पर मानव प्रभावों का अंतर्विषयक, समस्या-केंद्रित अध्ययन है; कॉमनर के चार नियम इसके मूल विचारों का सारांश हैं।
- तापमान क्षोभमंडल में घटता, ओज़ोन-युक्त समतापमंडल में बढ़ता, मध्यमंडल में घटता और तापमंडल में बढ़ता है; शुष्क वायु 78.08% N₂, 20.95% O₂ और 0.93% Ar है।
- पृथ्वी के जल का केवल लगभग 2.5% मीठा है, और उसका अधिकांश हिम और भूजल है; भूपर्पटी में ऑक्सीजन और सिलिकॉन का प्रभुत्व है।
- द्वितीय नियम एकदिशीय ऊर्जा प्रवाह बताता है; ऊष्मा चालन, संवहन और विकिरण से चलती है (E = εσT⁴, λmax = 2898/T µm); द्रव्यमान संतुलन है निवेश − निर्गम + उत्पादन − उपभोग = संचय।
- शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर लगभग 9.8 °C/किमी है; इसकी पर्यावरणीय ह्रास दर से तुलना वायु की स्थिरता बताती है, और पवन आरेख दिखाता है कि पवन हर दिशा से कितनी बार बहती है।
अभ्यास प्रश्न (10)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
वायुमंडल की किस परत में ओज़ोन द्वारा पराबैंगनी विकिरण के अवशोषण के कारण तापमान ऊँचाई के साथ बढ़ता है?
उत्तर देखें
उत्तर: D — समतापमंडल
मोटे तौर पर 15 से 35 किमी पर सांद्रित ओज़ोन परत समतापमंडल में है, और पराबैंगनी प्रकाश के उसके अवशोषण से वहाँ तापमान ऊँचाई के साथ बढ़ता है। क्षोभमंडल और मध्यमंडल ऊँचाई के साथ ठंडे होते हैं; तापमंडल भी गर्म होता है, पर ओज़ोन के कारण नहीं बल्कि सबसे छोटी सौर तरंगदैर्घ्यों के अवशोषण के कारण।शुष्क वायु में एक रेडियोसॉन्ड सतह पर 25 °C और 1,000 मी पर 14 °C दर्ज करता है। निचला वायुमंडल है
उत्तर देखें
उत्तर: B — पूर्णतः अस्थिर, क्योंकि 11 °C/किमी की पर्यावरणीय ह्रास दर शुष्क रुद्धोष्म दर से अधिक है
पर्यावरणीय ह्रास दर (25 − 14) ÷ 1 किमी = 11 °C/किमी है, जो लगभग 9.8 °C/किमी की शुष्क रुद्धोष्म दर से अधिक है, अतः परत अतिरुद्धोष्म है और विस्थापित पार्सल उठता रहता है। व्युत्क्रमण हेतु तापमान का ऊँचाई के साथ बढ़ना आवश्यक है, और उदासीनता हेतु ELR का रुद्धोष्म दर के बराबर होना।एक शुष्क, असंतृप्त वायु-पार्सल 30 °C पर भूमि छोड़ता है और रुद्धोष्म रूप से 1.5 किमी उठाया जाता है। शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर 9.8 °C/किमी मानकर, °C में उसका तापमान क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दीजिए।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 15.3
पार्सल 9.8 × 1.5 = 14.7 °C ठंडा होता है, अतः उसका तापमान 30 − 14.7 = 15.3 °C है। पर्यावरणीय ह्रास दर की यहाँ कोई भूमिका नहीं: वह परिवेशी वायु का वर्णन करती है, उठते पार्सल का नहीं, और केवल यह आँकने में प्रयुक्त होती है कि पार्सल उठता रहेगा या नहीं।10 m³/s से बहती एक नदी में किसी संरक्षी प्रदूषक की सांद्रता 2 mg/L है। उसी प्रदूषक के 50 mg/L वाला 0.5 m³/s का बहिःस्राव उसमें मिलता है। अनुप्रवाह में पूर्णतः मिश्रित सांद्रता mg/L में, एक दशमलव स्थान तक, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 4.3
स्थिर अवस्था में द्रव्यमान संतुलन से, C = (Q₁C₁ + Q₂C₂) ÷ (Q₁ + Q₂) = (10 × 2 + 0.5 × 50) ÷ 10.5 = (20 + 25) ÷ 10.5 = 4.29, अर्थात् 4.3 mg/L। 2 और 50 का औसत (26 mg/L) लेना बहुत भिन्न प्रवाहों की उपेक्षा करता है और यही सामान्य भूल है।निम्न में से कौन-से बैरी कॉमनर के पारिस्थितिकी के चार नियमों में हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।
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उत्तर: A — हर वस्तु हर दूसरी वस्तु से जुड़ी है; B — मुफ़्त भोजन जैसी कोई चीज़ नहीं होती; D — हर वस्तु को कहीं न कहीं जाना ही है
द क्लोज़िंग सर्कल (1971) से कॉमनर के चार नियम हैं: हर वस्तु हर दूसरी वस्तु से जुड़ी है; हर वस्तु को कहीं न कहीं जाना ही है; प्रकृति सबसे अच्छा जानती है; और मुफ़्त भोजन जैसी कोई चीज़ नहीं होती। प्रदूषक-भुगतान सिद्धांत एक नीतिगत और विधिक सिद्धांत है, उनका नियम नहीं।विकिरणी ऊष्मा स्थानांतरण के विषय में कौन-से कथन सही हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।
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उत्तर: A — किसी कृष्णिका का परम तापमान दोगुना करने से उसके द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा सोलह गुना हो जाती है; D — पृथ्वी, लगभग 288 K पर, सबसे प्रबलता से लगभग 10 µm पर, अवरक्त में, उत्सर्जन करती है
उत्सर्जन T⁴ के अनुपात में होता है, अतः T दोगुना करने से ऊर्जा 2⁴ = 16 गुना होती है, और वीन नियम पृथ्वी हेतु 2898 ÷ 288 ≈ 10 µm देता है। विकिरण निर्वात में चलता है, इसी प्रकार सूर्यप्रकाश हम तक पहुँचता है, और वीन नियम से तापमान बढ़ने पर शिखर तरंगदैर्घ्य छोटी होती है, लंबी नहीं।अभिकथन (A): एक पोषी स्तर की ऊर्जा का केवल एक छोटा अंश अगले स्तर तक पहुँचता है। कारण (R): ऊष्मागतिकी के द्वितीय नियम से, ऊर्जा का हर रूपांतरण उसके एक भाग को ऊष्मा में अवक्रमित करता है। सही विकल्प चुनिए।
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उत्तर: A — A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है
दोनों सत्य हैं और R, A की व्याख्या करता है। हर स्तर पर श्वसन और अन्य रूपांतरण ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में खोते हैं, जो ठीक वही एन्ट्रॉपी वृद्धि है जिसकी द्वितीय नियम माँग करता है, अतः अगले स्तर को केवल लगभग 5 से 20% (प्रायः 10% के रूप में संक्षेपित) उपलब्ध होता है। अकेला प्रथम नियम इस हानि को नहीं बताता, क्योंकि वह केवल कहता है कि ऊर्जा संरक्षित रहती है।पवन आरेख में हर तीली की लंबाई किसके अनुपात में होती है?
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उत्तर: D — उस दिशा से पवन बहने के समय का प्रतिशत
तीली की लंबाई उस दिशा से पवन की आवृत्ति बताती है; गति-वर्ग उसकी पट्टियों से दिखाए जाते हैं, और शांत समय केंद्रीय वृत्त के आँकड़े से। सांद्रता को दिशा के सापेक्ष अंकित करने से प्रदूषण आरेख बनता है, जो एक अलग आरेख है।द्रव्यमान से पृथ्वी की भूपर्पटी में सबसे प्रचुर तत्व कौन-सा है?
उत्तर देखें
उत्तर: B — ऑक्सीजन
ऑक्सीजन द्रव्यमान से भूपर्पटी का लगभग 46.6% है, सिलिकेट और ऑक्साइड खनिजों में बँधी हुई, उसके बाद सिलिकॉन (27.7%), ऐलुमिनियम (8.1%) और लोहा (5.0%)। संपूर्ण पृथ्वी में, क्रोड के कारण, लोहा सबसे प्रचुर तत्व है, और यही सामान्य भ्रम है।100 kPa के कुल दाब और 2 kPa के वाष्प दाब पर नम वायु का मिश्रण अनुपात किसके सबसे निकट है?
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उत्तर: C — प्रति kg शुष्क वायु 12.7 g जलवाष्प
w ≈ 0.622 e ÷ (p − e) = 0.622 × 2 ÷ 98 = 0.0127 kg/kg, अर्थात् 12.7 g/kg। e ÷ p = 2% को 20 g/kg मानना जल और शुष्क वायु के मोलर द्रव्यमानों के 0.622 अनुपात (18 ÷ 29) को भूल जाता है।