वायुकलिल

वायुकलिल : एखाद्या वायूमध्ये तरंगणाऱ्या द्रवाच्या किंवा घन पदार्थाच्या अतिसूक्ष्म कणांच्या समूहाला वायुकलिल म्हणतात. वितरित (माध्यमात वाटल्या गेलेल्या) सूक्ष्म कणांच्या अवस्था व विसरण निर्माण करणारे माध्यम या दोन्हींचा वायुकलिलात अंतर्भाव असतो. वातावरणाच्या हवा या माध्यमातील सूक्ष्म कणांचे समूह म्हणजे ढग, धूर, धूसर व धुके, तसेच ज्वालामुखीच्या उद्रेकांद्वारे उंच फेकले गेलेले व हवेत तरंगणारे कण ही नैसर्गिक वायुकलिलांची उदाहरणे होत. विशिष्ट प्रकारच्या पात्रात भरून फवाऱ्याच्या वा फेसाच्या रूपात उडविण्यात येणारी कीटकनाशके, सुगंधी द्रव्ये, आग विझवणारी संयुगे, धूर निर्माण करणारी द्रव्ये वगैरे कृत्रिम वायुकलिलांची उदाहरणे आहेत.

वायुकलिलातील सूक्ष्म कणांच्या कमाल आकारमानाविषयी निरनिराळी मते आहेत. साधारणपणे या कणांची त्रिज्या जास्तीत जास्त १०० मायक्रोमीटर (१ मायक्रोमीटर = १०^-६मी.) धरतात. सामान्यपणे १ मायक्रोमीटरपेक्षा कमी त्रिज्या असलेले कण वातावरणात तरंगत असतात आणि या कणांचे समूह खऱ्या विद्रावासारखे गुणधर्म दर्शवितात. कणांचे आकारमान यापेक्षा बरेच मोठे असल्यास कणांचे समूह अस्थिर असतात आणि असे कण गुरुत्वाने खाली येऊन पृथ्वीपृष्ठावर पडतात. वातावरणात हवेची वरच्या दिशेतील गती जास्त असल्यास मोठे कणही तरंगत राहतात.

नैसर्गिक वायुकलिलांची निर्मिती : पुढील विविध क्रियांद्वारे निसर्गात कण व पर्यायाने वायुकलिल निर्माण होतात.

वायूचे कणात (बिंदूत) रूपांतर : वनस्पतींचा बाष्पोच्छ्‌‌वास व ज्वलन या क्रियांद्वारे निर्माण होणाऱ्या पदार्थांत वाफ असते. ही वाफ निर्माण झाल्यावर लगत असलेल्या घन कणांवर संद्रवित होते (द्रवरूपात साचते). कारखाने, वणवे व सरपणाचे ज्वलन यांमुळेही अशी वाफ निर्माण होते. यातून निरनिराळ्या आकारमानांचे वायुकलिल बनतात. यांपैकी बहुतेक कणांची त्रिज्या ०.१ मायक्रोमीटरपेक्षा कमी असते. निरनिराळ्या वायूंमध्ये रासायनिक विक्रिया होऊन देखील या प्रकाराने वायुकलिल निर्माण होऊ शकतात. अशा बऱ्याच रासायनिक विक्रियांना सूर्यापासून येणाऱ्या जंबुपार (दृश्य वर्णपटाच्या जांभळ्या रंगापलीकडच्या अदृश्य) प्रारणाची (तरंगरूपी ऊर्जेची) मदत होते.

भूपृष्ठावरील विच्छेदन व विसरण :‌ भूपृष्ठावरील दगड व माती यांची यांत्रिक रीतीने आणि रासायनिक विक्रियेनेही झीज होत असते. यातून कण निर्माण होतात. या कणांची त्रिज्या सामान्यपणे ०.१ मायक्रो-मीटरपेक्षा जास्त असते. वातावरणातील अस्थिरतेतून गडगडाटी व धुळी वादळे निर्माण होतात. या वादळांतील चंडवाताने (अल्पावधीत एकाएकी जोरावून नंतरच्या काही मिनिटांत मंद होत जाणाऱ्या वाऱ्याने) जमिनी-वरचे असे बारीक कण बरेच उंच उधळले जातात व नंतर बराच काळ ते वातावरणात तरंगत राहतात. पराग, बीजे, मेण यांसारखे बारीक कण वनस्पतींकडून वातावरणात सोडले जातात आणि वाऱ्यांमुळे ते वातावरणात सर्वदूर पसरतात. या कणांची त्रिज्या १.५ ते ७५ मायक्रोमीटर असते.

ज्वालामुखी उद्रेक : यामुळे बारीक व अतिसूक्ष्म कण वातावरणात पुष्कळ उंच फेकले जातात. उद्रेकाची तीव्रता व वातावरणाची तापमानिक रचना यांवर हे कण किती उंच जातील हे अवलंबून असते. हे कण बराच काळ वातावरणात तरंगत राहतात.

सागरावरील कणांची निर्मिती व वितरण : वाऱ्यांमुळे सागराच्या पृष्ठभागी लाटा निर्माण होतात. लाटांच्या शिखरांवर तुषारांमुळे पाण्याचे लहान बिंदू निर्माण होतात. यांपैकी अगदी सूक्ष्म बिंदू हवेत तरंगत राहतात व त्यांच्या बाष्पीभवनाने अगदी लहान लवण कण निर्माण होतात. विशेषेकरून पाण्याचे बुडबुडे हवेत फुटताना बरेच कण व वायुकलिल निर्माण होतात. अशा रीतीने सागरी पृष्ठावर दर सेकंदाला दर चौ. सेंमी. मागे १०० कण निर्माण होतात. या कणांची त्रिज्या साधारणपणे ०.५ ते २५ मायक्रोमीटर असून त्यांचे सरासरी वजन ३ × १०^-१४ ग्रॅ. असते. यांचे आकारमान वाऱ्याच्या गतीनुसार ठरते. लवण कण आर्द्रताशोषक असतात. यांतील लहान आकारमानाचे कण वातावरणात तरंगत राहतात.

पृथ्वीबाहेरून येणारे कण : उल्कांच्या रूपात असे पृथ्वीबाहेरचे कण येतात. वातावरणात शिरताना या कणांची गती अतिशय जास्त असल्याने हवेबरोबर घर्षण होऊन उल्केची प्रकाश रेषा उमटते. यांपैकी काही कण जळून जातात, काही जमिनीवर येऊन पडतात आणि पुष्कळ कण हवेत तरंगत राहतात. अशा तरंगणाऱ्या कणाची त्रिज्या ०.५ ते ५०० मायक्रोमीटरपर्यंत असते.

वातावरणात कण शिरण्याची त्वरा : निरनिराळ्या प्रकारचे नैसर्गिक, तसेच मानवनिर्मित कण वातावरणात शिरत असतात. मानवी व्यवहारांचा जलवायुमानावर (दीर्घकालीन सरासरी हवामानावर) होणाऱ्या परिणामांचा १९७१ मध्ये अभ्यास करण्यात आला होता. त्यामध्ये २० मायक्रोमीटरपेक्षा कमी त्रिज्येचे व निरनिराळ्या प्रक्रियांनी निर्माण झालेले कण वातावरणात कोणत्या त्वरेने शिरत असतात, हे पाहण्यात आले होते. त्यावरून करण्यात आलेला ढोबळ अंदाज कोष्टकामध्ये दिला आहे. याशिवाय पृथ्वीबाहेरून वर्षाला ०.५ ते ५० मेगॅटन कण वातावरणात शिरत असतात.

कणांचे प्रकार, आकारमान, प्रमाण व द्रव्यमान : आकारमानांनुसार कणांचे पुढील तीन प्रकार करतात : (१) आइटकिन (०.१ मायक्रोमीटरपेक्षा कमी त्रिज्या), (२) मोठे कण (०.१ ते १ मायक्रोमीटर त्रिज्या) आणि (३) राक्षसी कण (१ मायक्रोमीटरपेक्षा जास्त त्रिज्या). यांशिवाय संद्रवण कण, गोठण कण व संप्लवन कण असेही प्रकार आहेत. संद्रवण कणावर बाष्पाचे संद्रवण होते. ते आर्द्रताशोषक असतात. गोठण कणावर हिमस्फटिक निर्माण होतो, तर संप्लवन कणावर बाष्पांचे सरळ बर्फात रूपांतर होऊन बर्फाचा कण निर्माण होतो. गोठण कण व संप्लवन कण या दोन्हींना मिळून बर्फनिर्मिती कण म्हणतात.

 कालावधी, उगमस्थानापासूनचे अंतर, विसरणाची त्वरा, वातावरणातून वायुकलिल पृथ्वीपृष्ठावर आणणाऱ्या क्रियांची कार्यक्षमता, वातावरणाची स्थिती वगैरे अनेक गोष्टींवर वायुकलिलांचे प्रमाण अवलंबून असते. खेड्यातील तसेच समुद्रकिनाऱ्याजवळच्या वातावरणात कणांचे प्रमाण साधारणपणे १०३कण/घ. सेंमी. असते, तर औद्योगिक क्षेत्रावरील वातावरणात ते १०६ कण/घ.सेंमी. असते. आ. १ मध्ये पृथ्वीपृष्ठाजवळील ग्रामीण हवेतील व प्रदूषित शहरी हवेतील कणांचे प्रमाण व वितरण दाखविले आहे. किनाऱ्यापासून दूर असलेल्या समुद्राच्या भागांवर कणांचे प्रमाण ३०० ते ६०० कण/घ. सेंमी असून ते १०० कण/घ. सेंमी. पर्यंत कमी होऊ शकते. मंद, मध्यम, जोराचा व झंझावाती वारा असताना सागरी हवेतील लवण कणांचे आकारमान व त्यांची संख्या यांचे वितरण आ. २ मध्ये दाखविले आहे. आकृतीत दर्शविलेली संख्या १ मायक्रोमीटरपेक्षा अधिक त्रिज्या असलेल्या कणांची आहे. राक्षसी लवण कण समुद्र-किनाऱ्यापासून आत जमिनीवर सु. १,००० किमी. अंतरापर्यंत येऊ शकतात. कणांचे प्रमाण वाढत्या उंचीनुसार कमी होत जाते. कणांचे द्रव्यमान साधारणपणे १०-१२ ते १०-१६ ग्रॅ. असते. वायुकलिलांचे ८० टक्के द्रव्यमान वातावरणाच्या  पृथ्वीपृष्ठालगतच्या १ किमी. उंचीपर्यंतच्या भागात आढळते. जगातील वायुकलिलांच्या एकूण द्रव्यमानापैकी ६१ टक्के द्रव्यमान उत्तर गोलार्धात आढळते.

यापैकी बहुतेक द्रव्यमान ३० ते ६० उ. ह्या अक्षांशीय पट्ट्यातून वातावरणात येते. कारण या कणांची बहुतेक मानवनिर्मित उगमस्थाने या पट्ट्यातच आहेत. वातावरणातील वास्तव्यकाल : वायुकलिल वातावरणात काही काळ असतात. त्यांचा निरनिराळ्या उंचींवरील हा वास्तव्यकाल वेगवेगळा असतो. उदा., १.५ किमी. पर्यंतच्या उंचीवर वायुकलिल अर्धा ते दोन दिवस राहतात, तर क्षोभावरणाच्या (वातावरणाच्या १० ते २० किमी. उंचीपर्यंतच्या भागाच्या) खालच्या भागात २ ते ७ दिवस, मधल्या व वरच्या भागांत १ ते २ आठवडे, क्षोभावरणाच्या सीमेलगत ३ आठवडे ते १ महिना, स्तरावरणाच्या (क्षोभावरणाच्या वरच्या व सु. ८५ किमी. उंचीपर्यंतच्या भागाच्या) खालच्या भागात १ ते २ महिने आणि वरच्या भागात १ ते २ वर्षे राहतात. लवण कणांचा वास्तव्यकाल १ ते ३ दिवस असतो. कणांचे आकारमान, वातावरणाची तापमानिक रचना, हवेचे संक्रमण (हालचाल), वर्षण वगैरे गोष्टींवर वायुकलिलांचा हा वास्तव्यकाल अवलंबून असतो.

वायुकलिलांचे वातावरणातील कार्य : ढग निर्माण करणे हे वायुकलिलांचे वातावरणातील एक महत्त्वाचे कार्य आहे. वातावरणात वाफ असते. अशी हवा वर जाते तेव्हा तिच्यावरील दाब कमी होतो. त्यामुळे तिचे अक्रमी (उष्णतेची देवाणघेवाण होत नाही अशा प्रकारे) प्रसरण होऊन ती थंड होते. ती योग्य तेवढी थंड झाली म्हणजे तिच्यातील वाफेचे प्रमाण कमाल होऊन ती संतृप्त होते. अशी संतृप्त हवा वर जाऊन आणखी थंड झाल्यावर हवेतील वाफेचे वातावरणातील असंख्य बारीक कणांवर संद्रवण (पाण्यात रूपांतर) होऊन ढगांचे कण निर्माण होतात. अशा संद्रवणासाठी कणांची आवश्यकता असते. हवेची सापेक्ष आर्द्रता १०० टक्क्यांपेक्षा कमी असली, तरी आर्द्रताशोषक कणांवर संद्रवण होऊन ढग निर्माण होऊ शकतात. उष्णतर आर्द्र हवा शीत भूपृष्ठावरून वाहत गेल्यासही थंड होते, तसेच हवेकडून प्रारणाच्या शोषणापेक्षा त्याचे उत्सर्जन अधिक झाल्यासही हवा थंड होते. शिवाय आर्द्र हवेचा प्रवाह त्याच्या मार्गातील पर्वतावर चढल्यामुळे हवेचे अक्रमी प्रसरण होऊन हवा थंड होते. याबाबतींतही वरीलप्रमाणे क्रिया घडून ढगनिर्मिती होऊ शकते.

पाणी असलेल्या ढगात सु. ३ किमी. उंचीपर्यंत पाण्याच्या कणांचे दर घ. सेंमी. मागील प्रमाण (संख्या) १० ते काही हजार एवढे असते. समुद्रावरच्या हवेत हे प्रमाण साधारणपणे २० ते २०० कण/ घ. सेंमी. तर जमिनीवरील हवेत २०० ते २,००० कण/ घ.सेंमी. असते. ढगात पाणी किंवा बर्फ अथवा दोन्हीही असू शकतात. ढगाच्या कोठल्याही भागाचे तापमान ०^० से. पेक्षा जास्त असल्यास त्यात फक्त पाणीच असते. जास्त उंचीवरील ढगात बर्फही असते. कारण ढगाच्या वरच्या भागात तापमान ०^०से. पेक्षा बरेच कमी असते. बर्फाचे कण मोठे (त्रिज्या १० मायक्रोमीटरपेक्षा जास्त) असतात. एक घ. सेंमी. मध्ये असे १०० पर्यंत कण असतात. ढगातील पाण्याचे प्रमाण कमी असल्यास त्याच्यातील जलबिंदू लहान असतात. ढगातील पाण्याचे प्रमाण क्वचितच १ ग्रॅ./घ. मी. पेक्षा जास्त आढळते.

ढगाचे कण बरेच लहान असतात व ते बरेच मोठे झाल्याशिवाय वर्षण होऊ शकत नाही. उदा., मंद तुषारवृष्टीत जलबिंदूंची त्रिज्या सु. ०.०५ मिमी. असते. ढगातील सर्व वाफ ०.५ मायक्रोमीटर त्रिज्येच्या कणांवर संद्रवित झालेली असली, तरी ०.०५ मिमी. त्रिज्येचे जलबिंदू निर्माण होऊ शकणार नाहीत. वर्षणासाठी ढगात मोठे व जड जलबिंदू निर्माण होणे आवश्यक असते. पुढील प्रक्रियांनी असे जलबिंदू निर्माण होतात. लवण कणांची त्रिज्या १५ मायक्रोमीटर असते. हवेत लवण कण असल्यास त्यांच्यावर वाफेचे संद्रवण होऊन ढगाचे मोठे कण निर्माण होतात. मोठे कण लहान कणांवर आदळल्याने लहान कणांशी त्यांचे संमीलन होऊन मोठे जलबिंदू निर्माण होतात. अशा प्रकारे आकारमान व वजन वाढल्याने बिंदूंचा पतन वेग वाढून वर्षणास सुरुवात होते. बर्गेरॉन प्रक्रियेमुळे मोठे कण निर्माण होतात. या प्रक्रियेत बर्फ कणांची निर्मिती व उपस्थिती आवश्यक असते. याकरिता ढग हिमरेषेपेक्षा बराच उंच वाढलेला असावा लागतो. बर्फ कणांवर ढगातील अतिशीतित पाणी गोठून ते बरेच मोठे होतात. परिणामी त्यांचा पतनवेग वाढून वर्षण सुरू होते.

वातावरणातील वायुकलिल निघून जाण्याच्या प्रक्रिया : यांचे ओली प्रक्रिया व कोरडी प्रक्रिया असे प्रकार करता येतात. ओल्या प्रक्रियेत वर्षणाचा वाटा फार मोठा असतो, म्हणजे वर्षण कणांच्या सान्निध्यात आलेले कोरडे वायुकलिल त्यांच्याबरोबर जमिनीवर पडतात. तसेच वर्षणबिंदूतील अनेक वायुकलिलही जमिनीवर येतात. कोरड्या प्रक्रियेत मोठे कण गुरुत्वाने पृथ्वीवर पडतात अथवा वाऱ्याबरोबरचे कण त्याच्या मार्गात येणाऱ्या पृष्ठावर जमून राहतात. मोठे कण, लहान अडथळे व जोराचा वारा यांच्यामुळे कण जमण्याची ही प्रक्रिया प्रभावी होते.

वायुकलिलांचा हवामानावरील परिणाम : नैसर्गिक व मानवनिर्मित वायुकलिलांचा हवामानावर परिणाम होऊ शकतो, ज्वालामुखीचा तीव्र उद्रेक झाल्यास फार मोठ्या प्रमाणावर बारीक कण वातावरणात पुष्कळ उंचीपर्यंत फेकले जातात व ते बराच काळ तरंगत राहतात. त्यामुळे पृथ्वीवर येणारे सौर प्रारण अडविले जाऊ शकते व पृथ्वीवर सौर प्रारण कमी आल्याने त्याचा हवामानावर परिणाम होऊ शकतो. वाढत्या उद्योगधंद्यांमुळे व मानवी व्यवहारांमुळे मानवनिर्मित वायुकलिलांची वातावरणात बरीच भर पडत आहे. यामुळे दिवसेंदिवस प्रदूषणाचे प्रमाण वाढत आहे. याचा हळूहळू वातावरणातील प्रारणांच्या संतुलनावर आणि हवेच्या संक्रमणावर परिणाम होऊ शकतो. पर्यायाने याचा हवामानावर दीर्घकालीन परिणाम होऊ शकेल.      

                                                                 मुळे. दि. आ.

वायुकलिल धारकपात्र : कृत्रिम रीतीने वायुकलिल निर्माण करण्यासाठी हे खास रचनेचे पात्र वापरतात. हे पात्र साधारणपणे प्लॅस्टिकची बाटली किंवा धातूचा डबा असून खास रचनेमुळे त्याच्यातील द्रव पदार्थ तुषार, फेस अथवा विरळ धुके या रूपात उडविता येतो. अशा रीतीने द्रवरूप पदार्थ बाहेर लोटण्यासाठी बहुधा द्रवीकृत (द्रवरूप केलेल्या) वायूचा वापर करतात व त्याला प्रणोदक म्हणतात. अशा प्रकारचे पात्र लायल डी. गुडह्यू व इतरांनी १९४१ साली कीटकनाशके फवारण्यासाठी बनविले होते. नंतर त्याचा उपयोग रंगलेप, सुवासिक द्रव्ये, प्लॅस्टिक विद्राव, आग विझविणारी संयुगे, मेणे, खाद्य पदार्थ (उदा., व्हिपिंग क्रीम) इ. असंख्य व विविध प्रकारांच्या पदार्थांसाठी करण्यात येऊ लागला.

 सर्वांत सामान्य प्रकारच्या अशा धारकपात्रात डबा (वा बाटली), झडप आणि झडपेपासून तळापर्यंत गेलेली व द्रवात बुडलेली एक नळी, तसेच दाबाखाली असलेला द्रवीकृत वायू (प्रणोदक) या गोष्टी असतात (आ. ३). सर्वसाधारपणे द्रवात हा वायू मिसळलेला असतो. गळती व ⇨ ऑक्सिडीभवन होऊ नये म्हणून हे पात्र हवाबंद केलेले असते. झडप स्प्रिंगच्या मदतीने उघडली जाताच पात्रातील विद्राव नळीतून वर सरकतो व झडपेतून बाहेर पडतो. प्रणोदक म्हणजे द्रवीकृत वायू वातावरणात मुक्त होताच त्याचे बाष्पी-भवन होते व द्रव सूक्ष्म कणांच्या फवाऱ्याच्या रूपात वेगाने बाहेर पडून विखुरले जाते.

फेस प्रकारच्या धारक पात्रात (उदा., दाढीचे क्रीम) द्रव व द्रवीकृत वायू ही पायस-रूपात (एकमेकांत न मिसळणाऱ्या रूपांत) असतात. मुक्त झाल्यावर द्रवाचे बाष्पीभवन होऊन सर्व पदार्थ फेसला जातो व फेस निर्माण होतो. फवारा प्रकारचे पात्र कीटकनाशक व दुर्गंधीनाशक पदार्थांसाठी वापरतात. यांचा फवारा एक सेकंद चालू ठेवल्यास ३० ते ५० मायक्रोमीटर व्यासाचे सु.  १२ कोटी कण निर्माण होतात. यांपैकी बरेच वायु-कलिल नंतर सु. १  तासापर्यंत हवेत तरंगत राहतात. फेस प्रकारच्या पात्रातून निर्माण होणारे वायुकलिल पृष्ठभागावर लेपन करण्यासाठी वापरतात. यांतील कणांचे आकारमान बहुधा अधिक मोठे असते.

विशेषतः अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांमध्ये १९७८ सालापर्यंत फवारा प्रकारच्या वायुकलिल धारकपात्रात प्रणोदक म्हणून क्लोरोफ्ल्युओरोकार्बने (सीएफसी) किंवा फ्रिऑने मोठ्या प्रमाणात वापरात होती. हवेत मुक्त झालेली क्लोरोफ्ल्युओरोकार्बने वातावरणातील ओझोन वायूच्या थरापर्यंत जातात. तेथे ओझोनच्या रेणूंचे तुकडे होण्यास त्यांची मदत होते.अशा रीतीने ओझोनाचे प्रमाण ५ टक्क्यांनी कमी झाल्यास सूर्यापासून येणाऱ्या तीव्र जंबुपार प्रारणात सु. १०%वाढ होऊ शकेल, असा अंदाज व्यक्त करण्यात आला आहे. या तीव्र जंबुपार प्रारणापासून प्राणिसृष्टीचे ओझोन थरामुळे रक्षण होत असते. मात्र ओझोनचे प्रमाण अशा रीतीने बरेच घटल्यास या प्रारणाने होणाऱ्या माणसातील त्वचेच्या कर्करोगाचे प्रमाण वाढेल, अशी भीती व्यक्त करण्यात आली आहे. यामुळे अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांत बहुतेक क्लोरोफ्ल्युओरोकार्बनांच्या वापरावर बंदी घालण्यात आली (१९७८). यामुळे आता त्यांच्याऐवजी प्रोपेन, ब्युटेन यांच्यासारखी हायड्रोकार्बने, नायट्रस ऑक्साइड अथवा कार्बन डाय-ऑक्साइड यांचा प्रणोदक म्हणून वापर करतात. एक नवीन प्रकारचे धारकपात्रही बनविले आहे, त्यामध्ये प्रणोदकाऐवजी हाताने चालवायची पंपासारखी प्रयुक्ती वापरून आत हवेचा दाब निर्माण केला जातो.

सूर्यवंशी, वि. ल.

 संदर्भ : 1. Fletcher, N. H. Physics of Rain Clouds, Cambridge, 1962.

             2. Mason, B. J. The Physics of Clouds, Oxford, 1971.

            3. Pruppacher, H. R. Klett, J. D. Microphysics of Clouds and Precipitation, Boston, 1978.

            4. Twomey S. Atmospheric Aerosols, New York, 1977.

“