हिम

हिम :  वातावरणातील बाष्प जेव्हा द्रव अथवा घन स्थितीत भूपृष्ठावर पडते तेव्हा त्यास वर्षण असे संबोधिले जाते. वातावरणातील हवा कोणत्याही प्रक्रियेमुळे थंड झाली म्हणजे हवेत असलेल्या बाष्पाचे संद्रवण (द्रवीकरण) होऊन ढगाचे (मेघाचे) कण निर्माण होतात. ढगाचे कण हवेत तरंगत असतात. आघात-संमीलन प्रक्रिया अथवा बर्गेरॉन-फाईंडायसन प्रक्रियेमुळे ढगांचे कण मोठे होत जातात आणि अशी एक अवस्था येतेकी, हे मोठे कण हवेत तरंगू शकत नाहीत. त्यामुळे हे मोठे कण वर्षण रूपाने भूपृष्ठावर पडतात. पहाटे जमीन जेव्हा बरीच थंड होते, तेव्हा हवेतील बाष्प द्रव रूपाने दव म्हणून भूपृष्ठावर पडते. भूपृष्ठ फार थंड असेलतर हवेतील बाष्पाचे सरळ हिमात रूपांतर होऊन भूपृष्ठावर हिम पडते. जमलेल्या हिमामुळे भूपृष्ठाचा काही भाग हिमाच्छादित असतो. उत्तर गोलार्धात सरासरी ०.९% पृष्ठभाग आणि दक्षिण गोलार्धात सरासरी ५.१% पृष्ठभाग हिमाच्छादित असतो. संपूर्ण अंटार्क्टिका खंड हिमाच्छादित असल्यामुळे हिमाच्छादित भूपृष्ठाचे प्रमाण दक्षिण गोलार्धात बरेच जास्त आहे. ऋतू आणि कालमानाप्रमाणे हिमाच्छादित भूपृष्ठाच्या प्रमाणात बदल होत असतात. ⇨हिमकालात हे प्रमाण कमाल असते. 

हिम व बर्फ यांतील फरक पुढीलप्रमाणे : स्फटिकी किंवा अस्फटिकी रूपांत भूपृष्ठावर गोठलेल्या पाण्याला बर्फ, तर मेघातून पडणाऱ्या विरल स्फटिकमय व अपारदर्शक रूपांतील गोठलेल्या पाण्याला हिम म्हणतात. 

कायम हिमरेषा : हवा संतृप्तावस्थेच्या जवळ पोहोचली असताना ज्या उंचीवर बाष्पाचे हिमात रूपांतर होते; त्या उंचीवरील वातावरणातील रेषेस हिमरेषा म्हणतात. ही उंची तापमानावर अवलंबून असल्यामुळे ती निरनिराळ्या महिन्यांत निरनिराळी असते. कडक हिवाळ्याच्या महिन्यांत ती किमान असते आणि कडक उन्हाळ्याच्या महिन्यांत ती कमाल असते. साधारणपणे कमाल उंचीस कायम हिमरेषा असे संबोधिले जाते. (आ. १). 

हवेचे तापमान, उतारावर पडणारा सूर्यप्रकाश आणि जमलेल्या बर्फाची खोली यांवर कायम हिमरेषेची उंची अवलंबून असते. हिमरेषा साधारणपणे उष्णकटिबंधीय प्रदेशात जास्त उंच असते. ध्रुवांकडे ती कमी होत जाते. विषुववृत्तावर ती सर्वांत उंच नसून त्याऐवजी ती उष्णकटिबंधीय रुक्षआणि अर्धरुक्ष हवामानाच्या पट्ट्यांत सर्वांत उंच असते. उत्तर गोलार्धात ८० अक्षांशापासून उत्तर ध्रुवापर्यंत ती समुद्रसपाटीवर असते परंतु दक्षिण गोलार्धात ६५ अक्षांशापासून दक्षिण ध्रुवापर्यंत ती समुद्रसपाटीवर असते. दोन गोलार्धांतील हा फरक बर्फाच्छादित अंटार्क्टिका खंडामुळे आहे. उष्णकटिबंधात कायम हिमरेषा उच्च पातळीवर असल्यामुळे या प्रदेशात हिमवृष्टी होत नाही फक्त गडगडाटी वादळात कधीकधी निर्माण होणाऱ्या गारांची वृष्टी होते.

हिमवर्षण : वातावरणात सूक्ष्म हिमकण निर्माण होऊन ते पुरेसे मोठे झाल्याशिवाय हिमवर्षण होऊ शकत नाही.

हिमकणांची निर्मिती : तापमान –४०° से. पेक्षा जास्त असताना मातीच्या बारीक (व्यास ०.१ म्यूमी. = १०^–⁴ मिमी.) कणांवर स्वतंत्र रीत्या हिमकणांची किंवा हिमस्फटिकांची निर्मिती होऊ शकणाऱ्या कणांना हिमकेंद्रके म्हणतात. वातावरणीय संचरणामुळे अशी हिमकेंद्रके ०° ते –४०° से. तापमान असलेल्या उंचीवर काही प्रमाणात पोहोचलेली असतात. अशा हिमकेंद्रकांपासून हिमस्फटिकांची निर्मिती होऊन त्यांची वाढ सुरू होते. त्याशिवाय १० म्यूमी. व्यासाच्या शीत (तापमान ०° से. पेक्षा कमी) ढगाच्या कणांपासून तसेच तापमान –४०° से. पेक्षा कमी असताना रेणवीय यादृच्छ गतीमुळे गोठलेल्या ढगाच्या कणांवर हिमस्फटिकांची वाढ होते. अतिशीतित जलबिंदू आणि हिमस्फटिक असलेल्या ढगात एका विशिष्ट परिस्थितीमुळे हिमस्फटिकांची वाढ होते. ही परिस्थिती म्हणजे अतिशीतित पाणी आणि हिम यांवरील बाष्पदाबातील फरक होय. अतिशीतित पाण्यावरील बाष्पदाब हिमावरील बाष्पदाबापेक्षा जास्त असतो. अतिशीतित पाण्यावरील बाष्पाची पाण्याच्या दृष्टीने संतृप्तावस्था असते परंतु हिमाच्या दृष्टीने ती अतिसंतृप्तावस्था असते. त्याचा परिणाम म्हणजे बाष्पाचे हिमात रूपांतर होऊन हिमस्फटिकांची वाढ होते परंतु बाष्पदाब स्थिर राहण्यासाठी अतिशीतित जलबिंदूंचे बाष्पीभवन होते. हिमकणांचे प्रमाण बेताचे असेल, तर सर्व जलबिंदूंचे बाष्पीभवन होऊन हिमस्फटिकांची बरीच वाढ होते. या प्रक्रियेस बर्गेरॉन-फाईंडायसन प्रक्रिया असे म्हणतात. [→ हवामानाचे रूपांतरण]. ०° ते –४०° से. तापमानीय स्थितीत अतिशीतित पाणी आणि बर्फ यांवरील बाष्पदाबांतील फरक आ. २ मध्ये दर्शविला आहे. हा फरक –१२.५° से. ला. कमाल असतो. 

हिमवर्षण आणि त्याचे मापन : उबदार दमट हवा शीत प्रदेशावर जेव्हा वाहते किंवा शीत हवेत मिसळते तेव्हा साधारणपणे शीत ढग निर्माण होतात. त्याचप्रमाणे वातावरणात एखाद्या ठिकाणी बरीच अस्थिरता आणि काही कारणामुळे हवेत ऊर्ध्व गती निर्माण झाली असेल तरढगांची भरपूर वाढ होऊन शीत ढगांची निर्मिती होते. अशा शीत ढगांत अतिशीतित पाणी आणि हिमस्फटिक असतील, तर बर्गेरॉन-फाईंडायसन प्रक्रियेमुळे ढगांतील हिमस्फटिकांचा आकार मोठा होत जातो. मोठे झालेले हिमस्फटिक जेव्हा वातावरणात तरंगू शकत नाहीत तेव्हा ते भूपृष्ठावर पडू लागतात. भूपृष्ठावर हिमस्फटिक घन किंवा द्रव स्थितीत पडतील हे त्यांच्या आकारमान, वजन, ढग ते भूपृष्ठ यांमधील अंतर आणि तापमान या गोष्टींवर अवलंबून राहील. तापमान जर ०° से. असेल, तर भूपृष्ठावर हिमवृष्टी होईल. परंतु, तापमान बरेच जास्त असेल आणि हिमस्फटिकांचे आकारमान लहान असेल, तर भूपृष्ठावर पर्जन्यवृष्टीच होईल. 

हिममापक यंत्र हे पर्जन्यमापक यंत्रासारखेच असते. बाटलीत जमलेला हिम मापलेले गरम पाणी मिसळून वितळविला जातो. हिम वितळून झालेल्या पाण्याचे मापन करून हिमवर्षा किती झाली हे ठरविले जाते. हिमाचे वजन करूनही हिमवर्षा किती झाली हे ठरविता येते. पाण्याच्या मानाने हिम बराच हलका असल्यामुळे वारा जर मंद नसेल, तर काही प्रमाणात हिम हिममापक यंत्रात पडणार नाही. हे प्रमाण हवेच्या गतीप्रमाणे वाढत जाईल आणि त्यामुळे हिममापनातील त्रुटी वाढत जाईल. 

एका यंत्राच्या साहाय्याने हिमाचे द्रवरूप वर्षणात मापन केले जाते.यास साधारणपणे हिमअंदाजक असे संबोधिले जाते. हा अंदाजक म्हणजे एक नळ असतो. त्याचा बाहेरील व्यास ३८ मिमी. असतो. त्याच्या एका टोकाच्या परिघाला एक वर्तुळाकृती करवत जोडलेली असते. या करवतीमुळे हिम टणक असला, तरी भूपृष्ठापर्यंत नळ त्यात खुपसता येतो. या नळाचा आतील व्यास ३७.७२ मिमी. ठेवलेला असतो. त्याचे कारण या आकाराच्या नळातील पाणी दर सेंमी.ला ११.१६ ग्रॅ. याप्रमाणे असते. हिमअंदाजकाचे रिकामे असताना वजन केले जाते. त्यानंतर ते हिमात भूपृष्ठापर्यंत खुपसल्यावर त्यातून बाहेर काढले जाते आणि आतील हिमासहित त्याचे वजन केले जाते. दोन्ही वजनांतील फरक म्हणजे हिमाचे अथवा वितळलेल्या हिमाच्या पाण्याचे वजन होय. हिमाच्या पाण्याच्या वजनावरून हिमवर्षण किती झाले हे ठरविले जाते. 

हिमवर्षणाचे प्रकार : हिमस्फटिक वृष्टी : हे स्फटिक मुख्यत्वे षट्कोणी असतात. तापमान गोठणबिंदूच्या बरेच खाली असले, तरी हिमस्फटिकांवर पाण्याचा बारीक थर असतो. त्यामुळे स्फटिक एकमेकांवर आदळले म्हणजे ते या पाण्याच्या थरामुळे एकमेकांस जोडले जातात. असे बरेच स्फटिक एकमेकांस जोडले जाऊ शकतात. अशा स्फटिकांस जोड-स्फटिक व त्यांच्या वृष्टीस जोड हिमस्फटिक वृष्टी असे म्हणतात. 

गोठणारी वृष्टी : वातावरणाच्या एका शीत थरातून पर्जन्य खाली पडत असेल, तर ते जमिनीवर, झाडांच्या फांद्यांवर, विजेच्या तारांवर किंवाघरांवर पडल्याबरोबर गोठून जाते. 

हिमसुयांची वृष्टी : या लहान व बारीक हिमाच्या हलक्या पट्ट्या असतात. त्या हवेत तरंगत असल्यासारख्या दिसतात. अशी हिमवृष्टी उंच पर्वतीय प्रदेशांत अथवा ध्रुवीय प्रदेशांत होते.

हिमकण वृष्टी : ही वृष्टी स्तर मेघापासून (स्ट्रॅटस) होते. लहान अपारदर्शक हिमाचे कण ढगातून खाली पडतात.

गोठलेली दव वृष्टी : पट्ट्या, सुया, पिसे आणि पंखे या रूपाने ही सुद्धा हिमस्फटिकांची वृष्टी होते. भूपृष्ठाजवळील हवेतील बाष्पाचे सरळ हिमस्फटिकांत रूपांतर होऊन स्फटिक भूपृष्ठावर पडतात. 

हिमगुलिकांची वृष्टी : या गुलिकांचा व्यास साधारणपणे २–५ मिमी. असतो.

हिमस्फटिक थर : जेव्हा शीत ढग व धुके भूपृष्ठास लागूनअसते तेव्हा हिमस्फटिकाची निर्मिती होते आणि त्याचा एक पांढरा थर भूपृष्ठावर तयार होतो. अशी वृष्टी उंच पर्वतावर आणि ध्रुवीय प्रदेशांत पहावयास मिळते.

गारांची वृष्टी : उंच गर्जन्मेघात किंवा ऐरणी मेघात (क्युम्युलोनिंबस) गारांची निर्मिती होते. तीव्र ऊर्ध्व व अधोगती या ढगात व त्याच्या आसपास आढळते. वरून-खाली, खालून-वर अशा प्रकारे अनेक वेळा प्रवास केलेल्या गारा मोठ्या झाल्या म्हणजे त्या ऊध्वर्र् प्रवाहावर मात करून भूपृष्ठावर पडतात. गारांचा व्यास २ मिमी. ते १ सेंमी. एवढा असतो. परंतु, टेनिसच्या चेंडूएवढ्या मोठ्या गारा भूपृष्ठावर पडल्याच्या नोंदी आहेत. गारेत पारदर्शक व अपारदर्शक याप्रमाणे लागोपाठ बर्फाचे थर असतात. [→ गार]. 

सहिम वृष्टी : वितळणारा बर्फ किंवा बर्फ आणि पाऊस अशी मिश्र वृष्टी, असे ग्रेट ब्रिटनमध्ये समजले जाते परंतु गोठणारे पर्जन्याचे थेंब असे उत्तर अमेरिकेत समजले जाते. पाण्याचे थेंब गोठून हिमकण किंवा हिमगुलिका निर्माण होतात. 

हिमस्फटिकांचे वर्गीकरण : नैसर्गिक हिमस्फटिकांचे पाच प्रमुख वर्ग आणि त्यातील उपवर्ग खाली दिले आहेत आणि आ. ३ मध्ये त्यांची आरेखने दिली आहेत. आकृतीत प्रमुख वर्ग सांकेतिक अक्षराने आणि उपवर्ग अंकाने दर्शविले आहेत.

सुयांसारखे (सु) : उपवर्ग (सु १) – साधी सुई (सु २) – सुयांचा संयोग 

स्तंभाकार (स्तं) : उपवर्ग (स्तं १) – साधा स्तंभ (स्तं २) – स्तंभांचा संयोग 

समतल (स) : उपवर्ग (स १) – एका समतलात निर्माण झालेला नियमित स्फटिक 

(स २) – अनियमित शाखा असलेला स्फटिक (स ३) – बारा शाखा असलेला स्फटिक (स ४) – व्यंग असलेला/गैर प्रकारे निर्माण झालेला स्फटिक (स ५) – समतल शाखांची जुळणी 

स्तंभाकार व समतल (स्तंस) : उपवर्ग (स्तंस १) – स्तंभाचा संयोग दोन्ही टोकांना समतल स्फटिक (स्तंस २) – समतल स्फटिकासहित बंदुकीची गोळी (स्तंस ३) – स्तंभ आणि पट्टी यांचे अनियमित एकत्रीकरण 

समतल बाजू असलेला स्तंभाकार (सबास्तं) .

वातावरणात तापमान आणि आर्द्रता यांसंबंधी अनेक प्रकारांची परिस्थिती निर्माण होत असल्यामुळे नैसर्गिक रीत्या अनेक प्रकारांचे हिमस्फटिक निर्माण झालेले दिसून येतात. प्रयोगशाळेत हिमस्फटिक निर्माणकरण्यात शास्त्रज्ञांनी यश मिळविले आहे. सुरुवातीच्या निरनिराळ्या परिस्थितींत केलेल्या एका प्रयोगात अचानकपणे १२ मार्च १९३६ रोजी कृत्रिम हिमस्फटिक प्राप्त झाला. या प्रयोगात हवेचे तापमान –१६° से. आणि पाण्याचे तापमान ९° से. होते. त्यानंतर केलेल्या प्रयोगांत निरनिराळ्या प्रकारांचे कृत्रिम हिमस्फटिक शास्त्रज्ञांना प्राप्त झाले. 

हिमस्फटिकांचा प्रकार आणि वातावरणविज्ञानीय परिस्थिती यांमधील संबंध : अंटार्क्टिका खंडावर घेतलेल्या निरीक्षणांवरून असे आढळून आले की, हवेचे तापमान –२७° से.पेक्षा कमी असले म्हणजे स्तंभाकार हिमस्फटिकांचीच निर्मिती होऊन त्यांची वृष्टी होते. तापमान –२७° से.पेक्षा जास्त झाले, तर स्तंभाकार व समतल स्फटिकांच्या मिश्रणाचे वर्षण होते; परंतु तापमान –१२° से.पर्यंत वाढले म्हणजे फक्त समतल स्फटिकांचीच वृष्टी होते. या विषयावर जेवढे संशोधन झाले त्यावरून असे दिसून येते की, वातावरणीय परिस्थिती आणि हिमस्फटिकांच्या प्रकारांचे वितरण यांत कोणताही सोपा संबंध नाही. तरी पण तापमान ०° से.च्या जवळपास आणि हवेचा दाब ७६० मिमी.च्या जवळपास अशी परिस्थिती असताना सुईसारखे स्फटिकच निर्माण होतात. 

हिमाचे गुणधर्म : हिमाचे विशिष्ट गुरुत्व बरेच बदलणारे असते. नुकत्याच पडलेल्या हिमाचे वि. गु. ०.०५ असते तर जुन्या हिमाच्या थराचे ०.४ असते. 

हिमस्फटिकात उत्तम समप्रमाणता आढळून येते. स्वतंत्र एका हिम-स्फटिकाचे वजन साधारणपणे ०.०१ मिग्रॅ.–०.१ मिग्रॅ. असते. षट्कोणी हिमस्फटिकांची जाडी ०.०११ मिमी. एवढी आढळते. सुईच्या आकाराचे हिमस्फटिक ३०–७० सेंमी. प्रतिसेकंद या गतीने खाली पडतात. हिमगुलिका सु. १८० सेंमी. प्रतिसेकंद या गतीने खाली पडतात. हिमाच्या चुऱ्यांची गती ५० सेंमी. प्रतिसेकंद एवढी असते. 

हिमाचा परावर्तनांक बराच असतो. त्याचे मूल्य ४०–९०% एवढे असू शकते. याच्या उलट जमिनीचा परावर्तनांक १२–२०% असतो. हिमापासून सौर प्रारण फार मोठ्या प्रमाणात परावर्तित होते. त्यामुळे हिमपृष्ठाचे तापन जमिनीच्या मानाने बरेच कमी होते. 

भूपृष्ठावरील हिम : भूपृष्ठावर पडलेले हिम जेव्हा घट्ट होते तेव्हा त्यावरून विविध प्रकारांचे घसरण्याचे खेळ खेळता येतात. सर्वेक्षण करून अशी हिमपृष्ठे निश्चित केली जातात. भारतात हिमाचल प्रदेश आणि जम्मू व काश्मीर या भागांत अशी हिमपृष्ठे आहेत.

शहरात जेव्हा जोरदार हिमवृष्टी होते तेव्हा तेथील जनजीवन विस्कळीत होते. त्यामुळे प्रत्येक शहरात एक यंत्रणा असते. या यंत्रणेच्या साहाय्याने जमलेला हिम गोळा करून शहराच्या बाहेर टाकला जातो आणि वाहतूक व जीवन सुरळीत केले जाते.

जमलेल्या हिमाचे प्रमाण दरवर्षी सारखे नसते. काही वर्षी हिमवर्षण जास्त होते अथवा हिम वितळण्याची क्रिया कमी प्रमाणात होते. त्यामुळे भूपृष्ठावरील त्याचे प्रमाण कालमानाप्रमाणे बदलत असते. कृत्रिम उप-ग्रहाद्वारे यूरोप आणि आशिया खंडांवरील जमलेल्या हिमक्षेत्राच्या क्षेत्रफळाचा अंदाज नियमितपणे प्राप्त होत आहे. हिमक्षेत्र आणि भारतीय उन्हाळी मॉन्सून पर्जन्य यांच्या सहसंबंधाचा अभ्यास करण्यात आलेला आहे. त्यावरून असे दिसून येते की, हिवाळ्यात जमलेले हिमक्षेत्रबरेच जास्त असेल, तर मॉन्सून पर्जन्याचे प्रमाण कमी असते आणि हेक्षेत्र बरेच कमी असेल, तर पर्जन्याचे प्रमाण चांगले असते. त्याचे कारण हेच की, हिमक्षेत्राचे प्रमाण बरेच जास्त असेल, तर भारतीय उपखंडआणि वातावरण योग्य प्रमाणात तापत नाही आणि त्यामुळे मॉन्सूनचा म्हणजे मोसमी वाऱ्यांचा नीट विकास होत नाही व पर्जन्याचे प्रमाण कमी होते. वाढत्या इंधन वापरामुळे वातावरणात कार्बन डाय-ऑक्साइड वायूचे प्रमाण सतत वाढत आहे. हा वायू सौर प्रारणाचे शोषण करीत नाही परंतु पृथ्वीपासून अवकाशाकडे जाणारे प्रारण बऱ्याच प्रमाणात शोषून घेतो आणि शोषलेल्या प्रारणाचे काही प्रमाणात भूपृष्ठाकडे उत्सर्जन करतो. त्यामुळे भूपृष्ठ व त्याजवळची हवा यांचे तापमान वाढते. या वायूच्या वाढत्या प्रमाणामुळे तापमान सारखे वाढत जाईल आणि हिम वितळून किनाऱ्यालगतच्या काही गावांना जलसमाधी मिळेल, अशी भीती निर्माण झाली आहे. 

पहा : बर्फ; मेघ; वर्षण. 

संदर्भ : 1. Bentley, W. A. Humphreys, W. J. Snow Crystals, 1962.

           2. Eagleman, J. R. Meteorology : The Atmosphere in Action, 1992.

           3. Gray, D. M. Male, D. M., Eds., Handbook of Snow : Principles, Process, Management Use, 1981.

           4. Hobbs, P. V. Ice Physics, 1975.

मुळे, दि. आ.