Infrared window
ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય બારી એ ઇન્ફ્રારેડ વર્ણપટના એવા પ્રદેશનો ઉલ્લેખ કરે છે જ્યાં વાતાવરણીય વાયુઓ દ્વારા પાર્થિવ ઉષ્મીય કિરણોત્સર્ગનું પ્રમાણમાં ઓછું શોષણ થાય છે. અવકાશમાં આવતા સૌર કિરણોત્સર્ગ અને બહાર જતા IR વચ્ચે સંતુલન જાળવી રાખીને વાતાવરણીય ગ્રીનહાઉસ અસરમાં વિંડો મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. પૃથ્વીના વાતાવરણમાં આ બારી આશરે 8 અને 14 માઇક્રોન વચ્ચેનો વિસ્તાર છે, જો કે તે પાણીની વરાળના સાતત્યમાં મજબૂત શોષણને કારણે અથવા વાદળો દ્વારા અવરોધિત થવાને કારણે ઉચ્ચ ભેજવાળા સ્થળોએ સાંકડી અથવા બંધ થઈ શકે છે. તે સપાટીના થર્મલ ઉત્સર્જનમાંથી સ્પેક્ટ્રમના નોંધપાત્ર ભાગને આવરી લે છે જે આશરે 5 માઇક્રોનથી શરૂ થાય છે. મુખ્યત્વે તે પાણીની વરાળના શોષણ વર્ણપટમાં એક મોટું અંતર છે. લાંબા તરંગલંબાઇના છેડે સીમા નક્કી કરવામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. ઓઝોન આંશિક રીતે બારીની મધ્યમાં પ્રસારણને અવરોધે છે. વાતાવરણીય ઊર્જા સંતુલનમાં ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય બારીનું મહત્વ જ્યોર્જ સિમ્પસન દ્વારા 1928 માં શોધવામાં આવ્યું હતું, જે જી. હેટનરના 1918 ના પ્રયોગશાળાના અભ્યાસોના આધારે પાણીની વરાળના શોષણ વર્ણપટમાં અંતર પર આધારિત છે. તે દિવસોમાં, કમ્પ્યુટર્સ ઉપલબ્ધ ન હતા, અને સિમ્પસન નોંધે છે કે તેમણે અંદાજોનો ઉપયોગ કર્યો હતો; તેઓ આઉટગોઇંગ આઇઆર રેડિયેશનની ગણતરી કરવા માટે આની જરૂરિયાત વિશે લખે છેઃ "ચોક્કસ ઉકેલ મેળવવાની કોઈ આશા નથી; પરંતુ યોગ્ય સરળ ધારણાઓ કરીને. . . ". આજકાલ, સચોટ લાઇન-બાય-લાઇન ગણતરીઓ શક્ય છે, અને ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય વાયુઓના સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીના સાવચેતીભર્યા અભ્યાસો પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા છે. ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય વિંડોમાં મિકેનિઝમ્સ તેમના મહત્વના ક્રમમાં મુખ્ય કુદરતી ગ્રીનહાઉસ વાયુઓ પાણીની વરાળ, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, ઓઝોન, મિથેન અને નાઇટ્રસ ઓક્સાઇડ છે. આમાંથી સૌથી ઓછા સામાન્યની સાંદ્રતા લગભગ 400 પીપીબીવી છે. ગ્રીનહાઉસ અસરમાં ફાળો આપતા અન્ય વાયુઓ પી. પી. ટી. વી. સ્તરે હાજર હોય છે. તેમાં ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન (સીએફસી), હેલોન અને હાઇડ્રોફ્લોરોકાર્બન (એચએફસી અને એચસીએફસી) નો સમાવેશ થાય છે. નીચે ચર્ચા કર્યા મુજબ, તેઓ ગ્રીનહાઉસ વાયુઓ જેટલા અસરકારક છે તેનું મુખ્ય કારણ એ છે કે તેમની પાસે મજબૂત કંપનશીલ પટ્ટાઓ છે જે ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય બારીમાં પડે છે. 14. 7 માઇક્રોન પર IR શોષણ ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય વિન્ડોની લાંબી તરંગલંબાઇની મર્યાદાને સહેજ લાંબી તરંગલંબાઇ પર પરિભ્રમણ સંક્રમણ દ્વારા શોષણ સાથે સુયોજિત કરે છે. વાતાવરણીય આઈ. આર. વિંડોની ટૂંકી તરંગલંબાઇની સીમા પાણીની વરાળના સૌથી ઓછી આવર્તન કંપન બેન્ડમાં શોષણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. બારીની મધ્યમાં 9.6 માઇક્રોન પર ઓઝોનનો મજબૂત પટ્ટો હોય છે, તેથી જ તે આવા મજબૂત ગ્રીનહાઉસ ગેસ તરીકે કામ કરે છે. શોષણ રેખાઓના અથડામણના વિસ્તરણને કારણે પાણીની વરાળ સતત શોષણ કરે છે જે બારીમાંથી વિસ્તરે છે. સ્થાનિક ખૂબ ઊંચો ભેજ ઇન્ફ્રારેડ વાઇબ્રેશનલ વિંડોને સંપૂર્ણપણે અવરોધિત કરી શકે છે. એટલાસ પર્વતો પર, બહાર જતા લાંબા તરંગ કિરણોત્સર્ગના ઇન્ટરફેરોમેટ્રિક રીતે નોંધાયેલા સ્પેક્ટ્રા દર્શાવે છે કે ઉત્સર્જન જમીનની સપાટી પરથી આશરે 320 કેલ્વિનના તાપમાને ઊભું થયું છે અને વાતાવરણીય બારીમાંથી પસાર થયું છે, અને બિન-પવન ઉત્સર્જન જે મુખ્યત્વે ટ્રોપોસ્ફિયરમાંથી આશરે 260 કેલ્વિન તાપમાને ઊભું થયું છે. કોટ ડી 'આઇવર પર, બહાર જતા લાંબા તરંગ કિરણોત્સર્ગના ઇન્ટરફેરોમેટ્રિક રીતે નોંધાયેલ સ્પેક્ટ્રા દર્શાવે છે કે ઉત્સર્જન વાદળની ટોચ પરથી લગભગ 265 કેલ્વિનના તાપમાને ઊભું થયું છે અને વાતાવરણીય બારીમાંથી પસાર થયું છે, અને બિન-પવન ઉત્સર્જન જે મુખ્યત્વે ટ્રોપોસ્ફિયરમાંથી લગભગ 240 કેલ્વિન તાપમાને ઊભું થયું છે. આનો અર્થ એ છે કે, તરંગલંબાઇ (8 થી 14 માઇક્રોન) ના ભાગ્યે જ શોષાયેલા સાતત્ય પર, કિરણોત્સર્ગનું ઉત્સર્જન દર્શાવે છે. વાદળો ઇન્ફ્રારેડ કિરણોત્સર્ગના ઉત્તમ ઉત્સર્જકો છે. જ્યાં હવાનું તાપમાન ઓછું હોય ત્યાં વાદળોની ટોચ પરથી વિન્ડો કિરણોત્સર્ગ થાય છે, પરંતુ તે ઊંચાઈ પરથી જોવામાં આવે છે તેમ, ઉપરની હવામાં પાણીની વરાળની માત્રા જમીન-સમુદ્રની સપાટી પરની હવા કરતાં ઘણી ઓછી હોય છે. વધુમાં, પાણીની વરાળ સતત શોષકતા, અણુ માટેનો અણુ, દબાણમાં ઘટાડા સાથે ઘટે છે. આમ વાદળોની ઉપરની પાણીની વરાળ, ઓછી સાંદ્ર હોવા ઉપરાંત, નીચી ઊંચાઇએ પાણીની વરાળ કરતાં પણ ઓછી શોષક હોય છે. પરિણામે, વાદળ-ટોચની ઊંચાઈ પરથી દેખાતી અસરકારક બારી વધુ ખુલ્લી હોય છે, પરિણામે વાદળની ટોચ અસરકારક રીતે બારીના કિરણોત્સર્ગના મજબૂત સ્રોતો છે; એટલે કે, વાસ્તવમાં વાદળો બારીને માત્ર થોડી માત્રામાં અવરોધે છે (પાનું 43 પર અહ્રેન્સ (2009) દ્વારા પ્રસ્તાવિત આ વિશે અન્ય અભિપ્રાય જુઓ). જીવન માટે મહત્વ ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય બારી વિના, પૃથ્વી જીવનને ટેકો આપવા માટે ખૂબ ગરમ થઈ જશે, અને સંભવતઃ એટલી ગરમ હશે કે તે તેનું પાણી ગુમાવશે, જેમ કે શુક્રએ સૌરમંડળના ઇતિહાસની શરૂઆતમાં કર્યું હતું. આમ, પૃથ્વીને વસવાટયોગ્ય ગ્રહ રાખવા માટે વાતાવરણીય બારીનું અસ્તિત્વ મહત્વપૂર્ણ છે. ગ્લોબલ વોર્મિંગ માટે સૂચિત વ્યવસ્થાપન વ્યૂહરચના તરીકે, નિષ્ક્રિય દિવસના કિરણોત્સર્ગી ઠંડક (PDRC) સપાટીઓ ઇન્ફ્રારેડ વિંડોનો ઉપયોગ કરીને આબોહવા પરિવર્તનને કારણે વધતા તાપમાનના વધારાને ઉલટાવવાના હેતુથી ગરમીને બાહ્ય અવકાશમાં પાછા મોકલે છે. જોખમો તાજેતરના દાયકાઓમાં, ફ્લોરિન અને કાર્બન, સલ્ફર અથવા નાઇટ્રોજન વચ્ચેના બંધ ધરાવતા અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ વાયુઓના વિકાસને કારણે ઇન્ફ્રારેડ વાતાવરણીય વિંડોનું અસ્તિત્વ જોખમમાં મુકાઈ ગયું છે. આ સંયોજનોની અસરની શોધ સૌપ્રથમ ભારતીય-અમેરિકન વાતાવરણીય વૈજ્ઞાનિક વીરભદ્રન રામનાથન દ્વારા 1975માં કરવામાં આવી હતી, જે સ્ટ્રેટોસ્ફેરિક ઓઝોનને નષ્ટ કરવા માટે ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન્સની ક્ષમતા પર રોલેન્ડ અને મોલિનાના વધુ પ્રખ્યાત પેપરના એક વર્ષ પછી કરવામાં આવી હતી. ફ્લોરિન અને અન્ય હળવા અધાતુઓ વચ્ચેના બંધની "ખેંચાતી આવૃત્તિઓ" એવી હોય છે કે વાતાવરણીય બારીમાં મજબૂત શોષણ હંમેશા આવા બંધ ધરાવતા સંયોજનોની લાક્ષણિકતા હશે, જો કે કાર્બન, નાઇટ્રોજન અથવા સલ્ફર સિવાયના અધાતુઓના ફ્લોરાઇડ હાઇડ્રોલિસિસને કારણે અલ્પજીવી હોય છે. આ શોષણ મજબૂત થાય છે કારણ કે ફ્લોરિન અણુની આત્યંતિક ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટીને કારણે આ બંધ અત્યંત ધ્રુવીય હોય છે. ક્લોરિન અને બ્રોમિન સાથેના બોન્ડ્સ પણ વાતાવરણીય બારીમાં શોષી લે છે, જોકે ઘણી ઓછી મજબૂત રીતે. વધુમાં, આવા સંયોજનોની અસક્રિય પ્રકૃતિ કે જે તેમને ઘણા ઔદ્યોગિક હેતુઓ માટે મૂલ્યવાન બનાવે છે તેનો અર્થ એ છે કે તેઓ પૃથ્વીના નીચલા વાતાવરણના કુદરતી પરિભ્રમણમાં દૂર કરી શકાતા નથી. ફ્લોરાઇટના કિરણોત્સર્ગી ઓક્સિડેશન અને સલ્ફેટ અથવા કાર્બોનેટ ખનિજો સાથેની અનુગામી પ્રતિક્રિયા દ્વારા બનાવવામાં આવેલા અત્યંત નાના કુદરતી સ્રોતો તમામ પરફ્લોરોકાર્બન્સ માટે લગભગ 40 પી. પી. ટી. અને સલ્ફર હેક્સાફ્લોરાઇડ માટે 0.01 પી. પી. ટી. ની વાતાવરણીય સાંદ્રતાને ઘટાડીને ઉત્પન્ન કરે છે, પરંતુ એકમાત્ર કુદરતી ટોચમર્યાદા મેસોસ્ફિયર અને ઉપલા ઊર્ધ્વમંડળમાં ફોટોલિસિસ દ્વારા છે. એવો અંદાજ છે કે એનેસ્થેટિક્સ, રેફ્રિજરેન્ટ્સ અને પોલિમરના વ્યાવસાયિક ઉત્પાદનમાંથી ઉદ્ભવતા પરફ્લોરોકાર્બન્સ (,,) બે હજાર છસોથી પચાસ હજાર વર્ષ સુધી વાતાવરણમાં રહી શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે આવા સંયોજનોમાં પ્રચંડ ગ્લોબલ વોર્મિંગની સંભાવના છે. ઉદાહરણ તરીકે, એક કિલોગ્રામ સલ્ફર હેક્સાફ્લોરાઇડ 100 વર્ષમાં 26.7 ટન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ જેટલું અને 500 વર્ષોમાં 37.6 ટન જેટલું ઉષ્ણતાનું કારણ બનશે. આ સંદર્ભમાં પરફ્લોરોકાર્બન સમાન છે, અને કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ () પણ કાર્બન ડાયોક્સાઇડની સરખામણીમાં 2310ની વૈશ્વિક ઉષ્ણતામાનની ક્ષમતા ધરાવે છે. તદ્દન ટૂંકા ગાળાના હેલોજિનેટેડ સંયોજનોમાં હજુ પણ એકદમ ઊંચી ગ્લોબલ વોર્મિંગની સંભાવનાઓ હોઈ શકે છેઃ દાખલા તરીકે ક્લોરોફોર્મ, 0.5 વર્ષના જીવનકાળ સાથે, હજુ પણ 22ની ગ્લોબલ વોર્મિંગની ક્ષમતા ધરાવે છે; હેલોથેન, માત્ર એક વર્ષના જીવનકાળ સાથે, 100 વર્ષમાં 47નું જીડબલ્યુપી ધરાવે છે, અને હેલોન 1202,2.9 વર્ષના જીવનકાળ સાથે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડની સરખામણીએ 100 વર્ષની ગ્લોબલ વોર્મિંગની ક્ષમતા 23 ગણી વધારે છે. આ સંયોજનો હજુ પણ તેમના માટે અવેજી શોધવાના સતત પ્રયાસો સાથે અત્યંત સમસ્યારૂપ છે. ગ્રીનહાઉસ અસર ગ્રીનહાઉસ ગેસ ઇન્ફ્રારેડ ખગોળશાસ્ત્ર ઓપ્ટિકલ વિન્ડો ઓઝોન અવક્ષય રેડિયો વિન્ડો સંદર્ભો પુસ્તકો બાહ્ય કડીઓ IR વાતાવરણીય વિન્ડો વાતાવરણીય કિરણોત્સર્ગ ઉપગ્રહ હવામાનશાસ્ત્ર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમ આબોહવાશાસ્ત્ર આબોહવા પરિવર્તન વાતાવરણ