वातावरणीय विद्युत्

वातावरणीय विद्युत् : वातावरणाच्या खालच्या भागात सतत घडत असलेल्या विद्युतीय प्रक्रियांचा व त्यांच्या अभ्यासाचा या शाखेत अंतर्भाव करतात. वातावरणातील विद्युत्‌ भार, विद्युत् क्षेत्र, विद्युत् प्रवाह व वातावरणाची विद्युत् संवाहकता यांच्यातून या प्रक्रिया उद्‌भवतात. त्यांचे परिणामही या शाखेत अभ्यासले जातात. साधारणपणे वातावरणाच्या वरच्या व अतिशय विद्युत् संवाहक अशा ⇨आयनांबर या थरापर्यंतच्या (सु. ६० ते ८० किमी. उंचीपर्यंतच्या) विद्युत् आविष्कारांचा या शाखेत विचार केला जातो.

भूपृष्ठालगतचे हवेचे थर व आयनांबर हे चांगले विद्युत् संवाहक आहेत. त्यामुळे या शाखेच्या अभ्यासासाठी त्यांचा एकविध वर्चस् प्रदेश (विद्युत् वर्चस् एकसारखे असणारे विभाग) म्हणून उपयोग करतात. वादळांशी पर्यायाने वादळी हवामानाशी निगडित असलेले विद्युतीय आविष्कार आणि हवामान चांगले असताना सर्व जगभर घडत असणारे अधिक सौम्य स्वरूपाचे विद्युतीय आविष्कार असे या शाखेचे दोन विभाग करतात. पृथ्वीवर सतत चालू असणाऱ्या विद्युतीय वादळांमुळे दुसऱ्या प्रकारचे सौम्य आविष्कार घडत असतात.

वादळांत कोणत्या यंत्रणेमुळे विद्युत् भार निर्माण होतो, हे समजलेले नाही. तसेच वातावरणविज्ञानातील या शाखेचे महत्त्व अजून निश्चित झालेले नाही. वर्षणनिर्मिती आणि तीव्र टॉर्नेडो यांच्या बाबतीत विद्युतीय प्रक्रिया महत्त्वाच्या असू शकतील, असे काही शास्त्रज्ञांना वाटते.

⇨ध्रुवीय प्रकाश हा आविष्कार ८५ ते १०० किमी.पेक्षा अधिक उंचावर घडतो, तसेच तडित् व ध्रुवीय प्रकाश यांच्यावर मराठी विश्वकोशात स्वतंत्र नोंदी आहेत शिवाय सेंट एल्मोज फायर या आविष्काराची माहिती ‘वातावरणीय प्रकाशकी’ या लेखात दिली आहे. यामुळे या विद्युतीय आविष्कारांचा विचार प्रस्तुत लेखात केलेला नाही.

इतिहास : ⇨तडित्, ध्रुवीय प्रकाश, सेंट एल्मोज फायर इ. आविष्कार लोकांना फार पुरातन काळपासून माहीत आहेत मात्र हे विद्युतीय आविष्कार असल्याचे अलीकडे समजले आहे. तडित् हा एक स्थिर विद्युत् आविष्कार असावा, असा अंदाज डब्ल्यू, वॉल या शास्त्रज्ञांनी १७०८ साली व्यक्त केला. तसेच एबोनाइटवरील घर्षणजन्य वीज व गडगडाटी वादळातील वीज यांत साम्य असावे, असेही त्यांनी सुचविले होते. यानंतर ⇨बेंजामिन फ्रँक्लिन यांनी केलेले संशोधन हा महत्त्वाचा टप्पा आहे. पतंगाच्या साहाय्याने, तसेच प्रयोगशाळेत प्रयोग करून त्यांनी तडिताघात [⟶ तडित् संरक्षण] हा विद्यतीय आविष्कार असल्याचे सिद्ध केले. गडगडाटी वादळातील ढगात वीज निर्माण होते, हे त्यांनी सप्रयोग दाखवून दिले होते. एल्. जी. लमॉन्ये यांनी स्वच्छ व निरभ्र आकाशातही वीज असते हे सिद्ध केले (१७५२). दिवसा व रात्री प्रयोग करून् त्यांनी दैनंदिन विद्युतीय बदलांचा अभ्यास केला. जी.बी. बेक्कारिआ यांनी गडगडाटी वादळाचे ढग असताना व आकाश निरभ्र असताना असणारी वातावरणीय विद्युतीय स्थिती व तिच्यात होणारे बदल यांचा अभ्यास करण्यासाठी वीस वर्षे प्रयोग केले. शार्ल ऑम्युस्तीन द कुलंब यांनी हवा काही प्रमाणात विद्युत् संवाहक आहे, असे दाखविले होते. मात्र या शोधाकडे दुर्लक्ष झाल्याने पुढील १०० वर्षे स्थिर विद्युतच्या चौकटीतच संशोधन होत राहिले. १८५० मध्ये लॉर्ड केल्व्हिन यांनी विद्युत् वर्चस् [⟶ वर्चस्] या संकल्पनेचा आधार घेऊन वातावरणीय विद्युत् आविष्कारांचे चांगल्या रीतीने स्पष्टीकरण दिले. वातावरणीय विद्युत् अचूकपणे मोजण्यासाठी त्यांनी एक उपकरणही तयार केले. डब्ल्यू. लिन्स यांनी १८८७ मध्ये प्रयोग करून वातावरण विद्युत् संवाहक असल्याचे दाखविले. जे. जे. टॉमसन यांनी १८९८ साली आयनीभवनाचा (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट निर्माण होण्याच्या क्रियेचा) शोध लावला तर १९०० मये सी. टी. आर्. विल्सन व एच्. गायटेल यांनी वातावरणाचे उत्स्फूर्तपणे आयनीभवन होते हे दाखवून दिले. १९०१-०५ दरम्यान किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणारे) पदार्थ व किरणोत्सर्ग यांचा शोध लागला. यामुळे वातावरणातील आयनांचे स्पष्टीकरण देणे शक्य झाले. १९०२ मध्ये ए. ई. केन्‌ली व ऑलिव्हर हेव्हिसाइड यांनी उच्च वातावरणातील तीव्र आयनीकरणाचा अभ्यास केला. यामुळे पुढे जागतिक संदेशवहन शक्य झाले आहे. १९०५ मध्ये पी. लांझेव्हँ यांनी वातावरणातील मोठ्या आयनांचा शोध लावला १९१३-१४ साली व्ही. एफ्.हेस व डब्ल्यू. कोलहोर्स्टर यांनी अवकाशातून येणाऱ्या अतिशय भेदक अशा ⇨विश्वकिरणांचा शोध लावला. जी. सी. सिम्प्सन यांनी १९०८-०९ मध्ये मोलाचे संशोधन करून गडगडाटी व साधारण पावसात मुख्यत्वे धन विद्युत् भार असतो, असे दाखवून दिले. १९१५-४० दरम्यान व दुसऱ्या महायुद्धानंतरही गडगडाटी वादळातील विजेविषयी संशोधन करण्यात आले. या विजेमुळे विमानाला असणारा धोका, तसेच वर्षण व विमानाशी रेडिओ संदेशवहन करताना येणारा अडथळा यांविषयी संशोधन करण्यात आले. दुसऱ्या महायुद्धानंतर वातावरणीय विद्युतीय आविष्कारांचा अभ्यास करण्याकरिता विमाने, फुगे व रॉकेटे यांचा अधिक वापर होऊ लागला आहे.

वातावरणाचे आयनीभवन : हे आयनीभवन मुख्यतः भूपृष्ठाखालील आणि हवेतील किरणोत्सर्गी पदार्थातून बाहेर पडणाऱ्या आल्फा, बीटा व गॅमा किरणांमुळे, तसेच विश्वकिरणांमुळेही होते. आयनीभवनाची तीव्रता [I] एका सेकंदात एका घ.सेंमी.मध्ये तयार होणाऱ्या आयनयुग्मांच्या (जोड्यांच्या) संख्येइतकी असते. किरणोत्सर्गी द्रव्य किती प्रमाणात आहे, यावर आयनीभवन अवलंबून असते. भूपृष्ठावरील आयनीभवनाची सरासरी तीव्रता ९.५ I इतकी असते (१ I तीव्रता म्हणजे एका सेकंदात एका घ.सेंमी.मध्ये एक आयनयुग्म तयार होणे). यातील अर्धे आयनीभवन हवेतील किरणोत्सर्गी द्रव्यामुळे, एक तृतीयांश जमिनीवरील किरणोत्सर्गी द्रव्यांमुळे आणि एक षष्ठांश विश्वकिरणांमुळे असते. याउलट महासागराच्या पृष्ठावरील ९५ टक्के आयनीभवन विश्वकिरणांमुळे व ५ टक्के जमिनीतील किरणोत्सर्गी पदार्थांमुळे होते.

किरणोत्सर्गी अणू जमिनीच्या छिद्रांतून वातावरणात प्रवेश करतात. आवर्ती अभिसरणामुळे [वरच्या दिशेतील भोवऱ्यासारख्या गतीमुळे ⟶ चक्रवात] ते वर जातात. तेथे आयनीभवन होते व त्यांच्यावर बाष्प जमा होते आणि ते परत पृथ्वीवर येतात. किरणोत्सर्गी पदार्थांचे प्रमाण वाढत्या उंचीबरोबर कमी होत जाते. विनिमय थराच्या (देवाणघेवाणीच्या सीमावर्ती थरांच्या) वर क्षुब्ध (खळबळाटयुक्त) थराजवळ नैसर्गिक किरणोत्सर्गी द्रव्यांचा परिणाम विश्वकिरणांच्या परिणामाच्या मानाने अतिशय कमी असतो. म्हणून आयनांबराच्या खाली वातावरणाच्या आयनीभवनामध्ये विश्वकिरणांचा प्रभाव जास्त असतो.

प्राथमिक विश्वकिरणांमध्ये उच्च ऊर्जावान प्रोटॉन, हायड्रोजन अणुकेंद्रे व थोड्या प्रमाणात जड अणुकेंद्रे असतात. ती जसजशी पृथ्वीकडे येतात तसतसे त्यांचे पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राकडे विचलन (मार्गात बदल) होते. त्यांच्यापैकी ज्यांची ऊर्जा अधिक असते ती विषुववृत्तापर्यंत पोहोचतात, तर थोडी कमी ऊर्जा असणारी अणुकेंद्रे दूरच्या भूचुंबकीय अक्षांशांवर पोहोचतात. प्राथमिक विश्वकिरणाची वातावरणीय अणुकेंद्रांबरोबर टक्कर होऊन त्यांचे दुय्यम (नंतर निर्माण होणाऱ्या) कणांमध्ये रूपांतर होते. हेच दुय्यम कण प्रामुख्याने आयनीभवनामध्ये भाग घेतात. विश्वकिरणांमुळे होणाऱ्या आयनीभवनाची तीव्रता विषुववृत्ताजवळ १.५ I इतकी, तर उच्चतर भूचुंबकीय अक्षांशांवर १.८ I इतकी असते. वाढत्या उंचीबरोबर आयनीभवन वाढत जाते. १३ किमी. उंचीवर जास्तीत जास्त आयनीभवन होते.

आयनीय गती व विद्युत् संवाहकता : प्राथमिक आयनीभवनामुळे विद्युत् भाररहित रेणूमधील एक इलेक्ट्रॉन वेगळा केला जातो. अशा प्रकारे घन आयन व मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार होतात. निम्नस्तरीय वातावरणात हे मुक्त इलेक्ट्रॉन ऑक्सिजन रेणूंशी पटकन संयोग पावतात व ऋण आयन तयार होतात.

आयनीय गतीच्या प्रायोगिक पुराव्यावरून असे दिसते की, वातावरणातील आयन व विद्युत् भाररहित रेणू यांचा संयोग होऊन गुच्छ निर्माण होतात. प्राथमिक व गुच्छ आयनांना लघू आयन म्हणतात. लघू आयन आणि वातावरणातील लवण, धूळ, पाणी किंवा इतर पदार्थ यांच्यापासून गुरू आयन म्हणजे लांझव्हँ आयन तयार होतात. सापेक्षतः जास्त वस्तुमान व कमी गतिशीलता (यदृच्छ वा क्षेत्राच्या वा प्रेरणेच्या प्रभावाखालील गतीमध्ये असलेले कणांच्या हालचालीचे स्वतंत्र) ही गुरू आयनांची वैशिष्ट्ये असतात. या सर्व आयनांना स्वैर गती असते. जर हवेत विद्युत् क्षेत्र निर्माण झाले, तर स्वैर गतीच्या जोडीला विस्थापन गती त्यांना प्राप्त होते. एकक क्षेत्रातील सरासरी आयनीय विस्थापन वेगाला गतिशीला (k) म्हणतात. म्हणून आयनीय वेग = kE येतो. येथे E ही क्षेत्राची तीव्रता आहे. प्रवाहाच्या दिशेशी काटकोनात असलेल्या एकक क्षेत्रफळातून वाहणाऱ्या  विद्युत् भाराला प्रवाह घनता (i) म्हणतात. ही घनता एकक घनफळातील आयनांची संख्या (n), प्रत्येकावरील विद्युत् भार (e) आणि सरासरी आयनीय वेग यांवर अवलंबून असते. अनेक प्रकारच्या आयनांची निर्माण होणारी एकूण प्रवाह घनता

असते. आयनांना विद्युत् भार असतो. एकक क्षेत्रातील प्रवाह घनतेस संवाहकता (λ) म्हणतात, म्हणून

लघू आयनांच्या उच्च गतिशीलतेमुळे वातावरणीय विद्युत् संवाहकतेत फक्त लहान आयनांचाच उपयोग होतो, म्हणून व्यावहारिक दृष्ट्या λ = n₁ ek₁ + n₂ek₂. येथे पादांक घन व ऋण लहान आयनांच्या संदर्भात दिले आहेत. समतोल स्थितीत एकक घनफळातील आयनांची संख्या ही त्यांची निर्मिती आणि नाश होण्याचे प्रमाण यांच्यातील फरकावर अवलंबून असते.

विद्युत् क्षेत्राची मोजमापे : हे मोजमाप मुख्यत्वे पुढील प्रकारांनी करतात : यात संग्राहक सळई आणि विद्युत् मापक असणारे साधन वापरले जाते. या प्रकारात धातूची सळई योग्य ठिकाणी ठेवतात. जर तिचे विद्युत् वर्चस् सभोवतालच्या हवेच्या विद्युत् वर्चसापेक्षा वेगळे असेल, तर ती तिचे विद्युत् वर्चस् हवेच्या विद्युत् वर्चसाइतके होईपर्यंत आयनांचा संग्रह करते. हवा मंद विद्युत् संवाहक असल्याने ह्या क्रियेस बराच वेळ लागतो. ही क्रिया लवकर घडून येण्यासाठी सळईच्या पृष्ठभागावर किरणोत्सर्गी पदार्थ (उदा., पोलोनियम) ठेवतात. त्यामुळे वरील क्रिया लवकर घडून येते. भूपृष्ठ व विशिष्ट उंचीवर ठेवलेला असा संग्राहक यांच्या विद्युत् वर्चस् भेदावरून सरासरी विद्युत् वर्चस् प्रवणता वा उतार (विशिष्ट दिशेत एकक अंतरात मूल्यात होणारा बदल) काढता येतो. फुग्यांच्या मदतीने दोन निरनिराळ्या उंचींवर दोन संग्राहक ठेवून त्यांच्यातील विद्युत् वर्चस् भेदावरून वातावरणाची विद्युत् वर्चस् प्रवणता काढता येते.

पृथ्वीचे विद्युत् क्षेत्र : साधारपणे चांगल्या हवामानात भूपृष्ठाजवळ ऊर्ध्व (उभ्या दिशेतील) विद्युत् वर्चस् प्रवणता सु. १०० व्होल्ट/मी. एवढी असते आणि भूपृष्ठावर ऋण विद्युत् भार असतो परंतु वादळामध्ये बऱ्याच वेळा ऊर्ध्व विद्युत् वर्चस् प्रवणतेची दिशा बदलते आणि बऱ्याच वेळा तिचे मूल्य १०,००० व्होल्ट/मी. एवढे होते.

साधारणपणे सपाट प्रदेशात ही प्रवणता मध्य अक्षांशांतील खंडाच्या मध्यभागी कमाल असते पण उष्ण कटिबंधात ती किमान असते. या प्रवणतेतील वार्षिक बदल उष्ण कटिबंधात आणि पर्वत शिखरावर कमी असतो. समशीतोष्ण कटिबंधात तो बराच असतो. उदा., शरद ऋतू व हिवाळ्याची सुरुवात या वेळी कमाल म्हणजे सु. २५० व्होल्ट/मी. असतो पण वसंत ऋतूत झपाट्याने कमी होऊन उन्हाळ्यात तो सु.१०० व्होल्ट/मी. या मूल्यावर स्थिर होती. विद्युत् वर्चस् प्रवणतेतील दैनंदिन बदल भौगोलिक स्थान, ऋतू आणि उंची यांवर अवलंबून असतो. मध्य अक्षांशांतील खंडाच्या मध्य भागांवरील दैनंदिन बदलांचा पल्ला उष्ण कटिबंधीय भागांवरील, तसेच सागरावरील पल्ल्यापेक्षा जास्त असतो. हा पल्ला उन्हाळ्यापेक्षा हिवाळ्यात जास्त असतो. उन्हाळ्यात ऊर्ध्व विद्युत् वर्चस् प्रवणता दिवसातून दोन वेळा कमाल व दोन वेळ किमान असते, तर हिवाळ्यात एक वेळ कमाल व एक वेळ किमान असते पण सु. ५०० मी. उंचीवर ती दिवसातून फक्त एक वेळ कमाल व एक वेळ किमान असते.

धूर, धूळ व कारखान्यांतून बाहेर पडणारे वायू वाऱ्याने पसरतात. त्यामुळे वाऱ्याची दिशा व गती यांवर ऊर्ध्व विद्युत् वर्चस् प्रवणता अवलंबून असते. धुके, पाऊस व वादळ हे आविष्कार प्रवणतेत बराच बदल घडवून आणतात आणि कधीकधी त्यामुळे प्रवणता उलटी होते. उच्च मेघ, तसेच चांगल्या हवामानातील मेघ यांचा प्रवणतेवर विशेष परिणाम होत नाही.

धूळ उधळून धुळीचा ढग निर्माण झाला, तर त्याचा वातावरणीय विद्युत्‌वर बराच परिणाम होतो. धूळ जर अम्लीय असेल, तर हवेला ऋण विद्युत् भार प्राप्त होतो पण धूळ जर क्षारकीय असेल, तर हवेस घन विद्युत् भार प्राप्त होतो.

आतापर्यंत केलेल्या मापनाच्या आधारे असे दिसते की, खालच्या धूलिमय वातावरणाच्या थरामध्ये ऊर्ध्व विद्युत् वर्चस् प्रवणतेत मोठे आणि अनियमित बदल होतात पण ह्या थरांच्या वर प्रवणता हळूहळू कमी होत जाते १० किमी.उंचीपर्यंत प्रवणतेचे मूल्य बरेच कमी झालेले असते. पृथ्वी आणि सर्वांत उच्च वातावरण यांतील विद्युत् वर्चसाचा फरक सु. दशलक्ष व्होल्ट असतो. भूपृष्ठापासून वाढत्या उंचीप्रमाणे विद्युत् वर्चसात वाढ होते.

भूपृष्ठाजवळ ऊर्ध्व विद्युत् वर्चस् प्रवणता जेव्हा १०० व्होल्ट/मी. असते, तेव्हा भूपृष्ठावर २.६५ x १०^–४ ऋण स्थिर विद्युत् एकक प्रती चौ.मी. एवढा विद्युत् भार असतो किंवा संपूर्ण भूपृष्ठावरील विद्युत् भार सु. ४.५ x १०^५ कुलंब एवढा असतो.

वातावरणीय विद्युत् जनक प्रक्रिया : वातावरणात विद्युत् क्षेत्र निर्माण करणाऱ्या काही प्रक्रिया आहेत. यांपैकी निम्न-स्तरीय वातावरणातील प्रक्रिया घन व ऋण प्रक्रिया भारांच्या निर्मितीवर व त्यांच्या मोठ्या प्रमाणावर होणाऱ्या विभक्तीकरणावर (अलग होण्यावर) अवलंबून असतात. या प्रक्रिया स्वतःची ऊर्जा प्रत्यक्ष वा अप्रत्यक्ष रीत्या वातावरणीय वेगातून मिळवितात.

चांगल्या हवामानातील विद्युत् जनक प्रक्रिया : (अ) कोरड्या हवामानात कधीकधी वातावरणात अस्थिरता निर्माण झाल्यामुळे धुळीची वादळे निर्माण होतात. धुळीच्या कणांवर विद्युत् भार निर्माण होतो. अशी वादळे भूपृष्ठावर विद्युत् क्षेत्रे निर्माण करतात. ही विद्युत् क्षेत्रे सामान्य वा नेहमीच्या विद्युत् क्षेत्रांपेक्षा प्रभावी असतात व त्यांच्या विरुद्ध असतात. (आ) अतिशय थंड प्रदेशांत हवेतील हिमाच्या प्रवाहामुळे प्रभावी विद्युत् क्षेत्र निर्माण होते व ते सामान्य विद्युत् क्षेत्राच्या दिशेनेच असते. (इ) कारखान्यांतून वातावरणात सोडलेल्या टाकाऊ गरम वायूंमुळे, तसेच वाफेमुळे विद्युत् क्षेत्र निर्माण होते. जेथे ही विशिष्ट द्रव्ये हवेत प्रवेश करतात, तेथे विद्युत् भाराचे विभक्तीकरण होते. हा विद्युत् भार त्याचा ऱ्हास होईपर्यंत वाऱ्यामुळे एक ते दोन किमी.पर्यंत वाहून नेला जातो. (ई) सामान्य परिस्थितीत अवकाशातील घन विद्युत् भारित कण पृथ्वीच्या दिशेने येत राहतात. त्यामानाने पृथ्वीच्या पृष्ठीभागावरून दूर जाणाऱ्या ऋण विद्युत् भारित कणांची संख्या फार कमी असते. यामुळे पृथ्वीपासून काही मीटर उंचीपर्यंत घन विद्युत् भारामुळे निर्माण झालेले क्षेत्र आढळून येते. ज्या वेळी पृथ्वीचा पृष्ठभाग सूर्यकिरणांमुळे अथवा इतर कारणांमुळे तापू लागतो त्या वेळी हा घन विद्युत् भारित तप्त कणांचा समुदाय अभिसरण पद्धतीने वर सरकू लागतो. त्याच वेळी त्याची जागा कमी तापमान असलेले घन विद्युत् भारित कण घेतात.

वर्षणजनक प्रक्रिया : मोठ्या कणांचे वर्षण म्हणजे पाण्याचे थेंब व बर्फ यांना पद्धतशीरपणे एक प्रकारचा विद्युत् भार प्राप्त होतो, तर लहान कणांचे वर्षण म्हणजे पाण्याचे सूक्ष्म बिंदू, हिमाचे स्फटिक आणि त्यांच्या आसपासचे वातावरण यांना याच्याविरुद्ध विद्युत् भार प्राप्त होतो. मोठे कण जेव्हा लहान कण व वातावरण यांच्या संदर्भात खाली पडतात तेव्हा विद्युत् भाराचे विभक्तीकरण होते. विशिष्ट स्थितीत पाण्याच्या थेंबांना एक प्रकारचा विद्युत् भार प्राप्त होतो आणि सूक्ष्म बिंदू व आसपासची हवा यांना दुसऱ्या प्रकारचा विद्युत् भार प्राप्त होतो. पाण्याचे थेंब खाली पडताना वाटेतील लहान थेंबांना सामावून घेतात. त्यामुळे त्यांच्यावरील विद्युत् भार बराच जास्त असतो. मोठ्या थेंबांचा वेग आयनांच्या वेगापेक्षा जास्त असेल, तर निम्न पृष्ठभागाकडे आकर्षित होणारे जादा आयन थेंबांत साठविले जातात.

गडगडाटी वादळ : वातावरण विद्युत् निर्मितीतील गडगडाटी वादळ हे सर्वांत मोठे व महत्त्वाचे कारण आहे. उन्हाळ्यात दुपारी जमीन व जमिनीलगतची हवा तापते. हवा तापून हलकी झाल्यामुळे वर जाते. त्यामुळे तिचे तापमान कमी होत जाऊन हवेतील बाष्पाचे संद्रवण (पाण्यात रूपांतर) होते आणि राशिमेघ निर्माण होतात. वातावरण स्थिर असले, तर हे ढग संध्याकाळी विरून जातात पण वातावरण अस्थिर असले, तर हे ढग झपाट्याने वाढत जाऊन मोठे होतात व त्यांची शिखरे उंच जातात शिखरे साधारणपणे १० ते १५ किमी. उंचीपर्यंत पोहोचू शकतात. कधीकधी शिखरांची उंची सेकंदाला १५ मी. इतकी वाढते. त्याचबरोबर ढगातील विद्युत् वर्चस् वाढते. ढग वाढत जाऊन अखेर त्यांचे गर्जन्मेघात रूपांतर होते आणि त्या वेळी वादळ सुरू होऊन गडगडाट ऐकू येतो, वीज चमकते व पाऊस पडू लागतो. वादळ निर्माण करणाऱ्या ढगांत ऊर्ध्व गती ३० मी./सेकंद एवढी असू शकते पण ऊर्ध्व गती कमी होऊन वादळाचा जोर कमी होतो, त्या सुमारास ढगाच्या वरच्या भागात जमलेले पाणी व थंड हवा खाली येऊ लागतात. त्यामुळे पाण्याचे बाष्पीभवन होऊन हवा बरीच थंड व जड होते. ही थंड हवा सु. ३० मी./सेकंद या गतीने खाली येते. ही गार हवा भूपृष्ठावर येते तेव्हा वाऱ्याची गती एकदम बरीच वाढते आणि चंडवात [अल्पावधीत एकाएकी जोरावून कित्येक मिनिटांत क्रमश: मंद होत जाणारा वारा ⟶ चंडवात] निर्माण होतो.

शून्य ते – १५^० से. तापमान असलेल्या वादळी ढगांच्या भागात म्हणजे समुद्रसपाटीपासून सु. ४ ते ७ किमी. उंचीमधील ढगांच्या थरांत ऋण विद्युत् भार विभाग साधारणपणे आढळतो. या विभागात ०.५ ते १.० किमी. उंचीवरील ढगांच्या थरात विद्युत् भार विभाग आढळतो.

वादळी ढगांच्या आतल्या भागांत ५,००० व्होल्ट/सेंमी. तीव्रतेचे विद्युत् क्षेत्र असते. ढगाच्या वरच्या भागातील तीव्रता १,००० व्होल्ट/सेंमी. ढगातील भूपृष्ठावर तीव्रता १०० व्होल्ट/सेंमी. व ढगाखाली पाण्याचा पृष्ठभाग असेल, तर तेथील तीव्रता ५०० व्होल्ट/मी. एवढी असते.

गडगडाटी वादळामुळे निर्माण झालेल्या विद्युत् वर्चसामुळे तीन प्रकारचे विद्युत् प्रवाह निर्माण होतात : (अ) तडित्, (आ) भूपृष्ठाकडून ढगाकडे बिंदुवत भागाकडून होणारे विद्युत् भाराचे विसर्जन व (इ) भोवतालच्या वातावरणात होणारे संवहन.

ढगांच्या शिखर बिंदूच्या वर बाह्य विद्युत् क्षेत्राची तीव्रता व वातावरणाची विद्युत् संवाहकता सर्वाधिक असते. त्यामुळे सर्वाधिक विद्युत् भार वरील बाजूस असलेल्या आयनांबराच्या दिशेने वाहू लागतो.

वातावरणात अनेक गडगडाटी वादळे सतत चालू असतात. त्यामुळे सर्वत्र, सदैव क्षीण ऋण विद्युत् क्षेत्र निर्माण झालेले असते. यामुळे पृथ्वीकडून आयनांबराच्या दिशेने सु. २,००० अँपिअर एवढा विद्युत् प्रवाह वाहत असल्याने पृथ्वीसापेक्ष आयनांबराचे विद्युत् वर्चस् सु. ३,००,००० व्होल्ट किंवा त्यापेक्षाही जास्त इतके वाढते. परिणामी आयनांबराकडून पृथ्वीच्या दिशेने घन विद्युत् भाराचा प्रवाह सुरू होतो. हा प्रवाह वादळामुळे निर्माण होणाऱ्या ऊर्ध्वगामी प्रवाहाएवढाच असतो. जसजसे पृथ्वीपासून दूर जावे तसतसा वातावरणाचा विद्युत् रोध कमी होतो. म्हणून विद्युत् क्षेत्राची तीव्रता भूपृष्ठाजवळ सर्वाधिक असते व आयनांबरापाशी विद्युत् क्षेत्राची तीव्रता शून्य होते.

आयनांबर जरी विद्युत् संवाहक असले, तरी भूचुंबकीय हालचालींमुळे व सूर्यावरील तीव्र प्रारणामुळे (तरंगरूपी ऊर्जेमुळे) आयनांबरामध्ये क्षैतिज पातळीत फार मोठ्या अंतरापर्यंत शेकडो किलोव्होल्ट वर्चस् भेद तयार झालेला असतो.

वातावरणाच्या विद्युत् संवाहकतेत अणुस्फोटामुळे वाढ होते. सध्या जी अणुऊर्जा केंद्रे चालू आहेत त्यांतून क्रिप्टॉन (८५) हा वायू वातावरणात फेकला जातो. ही क्रिया जर चालू राहिली, तर ५० वर्षांच्या आत पृथ्वी व आयनांबर यांतील विद्युत् विरोध १५ टक्क्यांनी कमी होईल. शिवाय वातावरणाच्या संवाहकतेत दैनंदिन बदल होतात. त्यांचे स्वरूप बरेचसे गडगडाटी वादळातील दैनंदिन बदलासारखे असते.

पहा : आयनांबर तडित्.

संदर्भ :  1. Boundy, W. S. Atmospheric, Electricity, New York, 1972.

            2. Humphreys, W. J. Physics of the Air, New York, 1964.

            3. Kolokolov, V. P. and others, Eds., Proceedings in Atmospheric Electricity, New York, 1974.

            4. Lothar, H. R. Latham, J., Eds., Proceedings in Atmospheric Electricity, New York, 1983.

भोसले, ना. वि. मुळे, दि. आ.

“