डॉ. राजीव चिटणीस
June 26, 2022 
हवेत आढळणाऱ्या ऑक्सिजन वायूतले बहुतेक रेणू हे, हायड्रोजनच्या अणूपेक्षा सोळापट जड असणाऱ्या ऑक्सिजनच्या अणूंपासून बनलेले असतात. मात्र ऑक्सिजनच्या या रेणूंबरोबरच, हायड्रोजनच्या अणूपेक्षा अठरापट जड असणाऱ्या ऑक्सिजनच्या अणूंपासून बनलेले रेणूही ऑक्सिजन वायूत आढळतात. या जड ऑक्सिजनची निर्मिती दहा-अकरा किलोमीटर उंचीवर नैसर्गिकरीत्या होत असते. हवा जितकी अधिक थंड, तितकी या जड ऑक्सिजनची निर्मिती अधिक. हवेच्या वरच्या थरात निर्माण झालेले हे जड ऑक्सिजनचे रेणू त्यानंतर खालच्या हवेत मिसळतात व सर्वत्र पसरतात. आजच्या हवेतलं या जड रेणूंचं प्रमाण, ऑक्सिजनच्या एकूण दहा लाख रेणूंत चार, इतकं आहे. हिमयुगाच्या कमाल शीतावस्थेच्या काळात संपूर्ण पृथ्वी अतिशय गारठलेली असल्यानं, त्याकाळी हवेतल्या ऑक्सिजनच्या जड रेणूंची निर्मिती अधिक प्रमाणात झाली असावी व त्यामुळे हवेतलं या रेणूंचं प्रमाणही तेव्हा अधिक असावं. जड ऑक्सिजनच्या निर्मितीचा तापमानाशी असलेला संबंध पूर्वीच अभ्यासला गेला आहे. तेव्हा जर प्राचीन काळातल्या हवेचा नमुना मिळाला, तर त्यातील जड रेणूंच्या प्रमाणावरून, त्या काळातलं हवेच्या वरच्या थरातलं तापमान कळू शकेल. हिमयुगातल्या कमाल शीत काळात हवेच्या वरच्या थरांचं तापमान किती होतं, ते जाणून घेण्यासाठी अस्मिता बॅनर्जी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हवेतील ऑक्सिजनच्या याच जड रेणूंची मदत घेतली.
पृथ्वीवरचं हवामान थंड झाल्यावर ध्रुवीय प्रदेशांत, पूर्वीच्या बर्फाच्या थरांवरच नव्या बर्फाचे थर जमा होऊ लागतात. त्यामुळे ध्रुवीय प्रदेशातल्या बर्फाच्या थरांपैकी, वरचे थर हे नव्या बर्फाचे असतात तर, खालचे थर हे जुन्या बर्फाचे असतात. या थरांपैकी अगदी खालचे थर तर प्राचीन काळातल्या बर्फाचे असतात. बर्फाचे हे थर निर्माण होताना, या सर्व थरांत त्यात्या काळातली हवासुद्धा अल्पप्रमाणात अडकून बसलेली असते. अस्मिता बॅनर्जी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी ही हवा गोळा करण्यासाठी, उत्तर ध्रुवाजवळील ग्रीनलँड आइस शीट या हिमस्तरातील सुमारे अडीच किलोमीटर खोलीवरच्या, आणि दक्षिण ध्रुवाजवळील वेस्टर्न अंटार्क्टिका आइस शीट या अंटार्क्टिकावरच्या हिमस्तरातील सुमारे दोन किलोमीटर खोलीवरच्या नमुन्यांचा वापर केला. (पूर्वीच्या प्रकल्पांमध्ये गोळा केलेले हे बर्फाचे नमुने अमेरिकेतल्या नॅशनल सायन्स फाउंडेशन या संस्थेत जतन करून ठेवले होते.) संशोधकांनी या बर्फाचे सुमारे शंभर-शंभर ग्रॅम वजनाचे, एकूण सुमारे शंभर भाग करून प्रत्येक भाग वितळवला व त्यातून मोकळी झालेली हवा काळजीपूर्वकरीत्या गोळा केली. प्रत्येक तुकड्यातून गोळा झालेल्या हवेतील नायट्रोजन, अर्गॉनसारखे इतर सर्व वायू वेगळे केले आणि उर्वरित हवेचं म्हणजे ऑक्सिजन वायूचं विश्लेषण करून त्यातील जड ऑक्सिजनचं प्रमाण काढलं.
या विश्लेषणानंतर या संशोधकांनी प्रचलित प्रारूपांद्वारे, वेगवेगळ्या अक्षांशांवरील उंचावरच्या हवेत त्यावेळी किती जड ऑक्सिजन असावा, त्याचं गणित केलं. त्या प्राचीन हवेतल्या जड ऑक्सिजनच्या प्रमाणाची आजच्या हवेतील जड ऑक्सिजनच्या प्रमाणाशी तुलना केली. या तुलनेनुसार त्या काळातल्या हवेतलं जड ऑक्सिजनचं प्रमाण, ध्रुवीय प्रदेशांवरच्या हवेत सुमारे आठ टक्के, मधल्या अक्षांशांच्या म्हणजे चाळीस-पन्नास अंश अक्षांशांच्या प्रदेशांवरच्या हवेत सुमारे चाळीस टक्के आणि उष्णकटिबंधीय म्हणजे विषुववृत्ताजवळच्या प्रदेशावरच्या हवेत सुमारे पन्नास टक्के अधिक असल्याचं दिसून आलं. या संशोधकांनी त्यानंतर या वेगवेगळ्या अक्षांशावरील हवेतल्या जड ऑक्सिजनच्या प्रमाणावरून, त्यात्या ठिकाणच्या उंचीवरच्या हवेतल्या तापमानाचं गणित मांडलं. आजच्या तापमानाशी तुलना करता, दहा ते अकरा किलोमीटर उंचीवरील हवेचं त्या काळातलं हे तापमान (अक्षांशानुसार) सहा ते नऊ अंश सेल्सिअस कमी असल्याचं स्पष्ट झालं. अक्षांशानुसार आढळलेले उंचावरच्या हवेतल्या तापमानातील हे बदल त्याकाळी झालेल्या, पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर तापमानातील बदलांशी सुसंगत होते. पृथ्वीवरच्या सरासरी तापमानातील एक अंशाचा फरकसुद्धा पृथ्वीवरच्या हवामानात लक्षणीय बदल घडवून आणतो. त्यामुळे इतक्या अंशांचा हा बदल पृथ्वीवरच्या हवामानात मोठे बदल घडवून आणण्यास पुरेसा ठरला होता.
प्राचीन काळातल्या पृष्ठभागावरच्या तापमानाचे निर्देशक म्हणून, जड ऑक्सिजनच्या रेणूंचा या अगोदरच इतर काही पद्धतींद्वारे वापर केला गेला आहे. परंतु, प्राचीन काळातल्या उंचावरच्या हवेचं तापमान शोधण्यासाठी केला गेलेला हा वापर अभिनव आहे. अस्मिता बॅनर्जी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी केलेल्या संशोधनावरून सुमारे एकवीस हजार वर्षांपूर्वी, सुमारे अकरा किलोमीटर उंचीवर वेगवेगळ्या ठिकाणी तापमान किती होतं, याचं स्पष्ट चित्र उभं राहिलं आहे. ही पद्धत आता (पूर्वीच्या) इतर काळातील, हवेच्या वरच्या थरांचं तापमान जाणून घेण्यासाठीही वापरता येईल. त्यासाठी त्यात्या काळात जमा झालेल्या बर्फाचे नमुने वापरले जातील. अशा माहितीमुळे पृथ्वीच्या तापमानात विविध काळात झालेल्या बदलांचा अभ्यास अधिक तपशीलवारपणे होणार आहे. आणि यामुळेच भविष्यातील नैसर्गिक हवामान बदलांचं भाकीत करण्यासाठी वापरली जाणारी प्रारूपं आता अधिक अचूक बनणार आहेत!
-छायाचित्र सौजन्य :
(National Ice Core Lab / Zurich University of Applied Science / NASA)
