Ice Supersaturation and Enhanced Overturning during Antarctic Moisture Intrusions: Observations from the T-SCAN Campaign

अंटार्कटिका के बर्फीले महाद्वीप के ऊपर के वातावरण की कल्पना अक्सर एक विशाल, शांत मरुस्थल के रूप में की जाती है, एक ऐसी जगह जहाँ हवा इतनी ठंडी और शुष्क होती है कि बादल दुर्लभ और क्षणिक होते हैं। फिर भी, यह बर्फीला परिदृश्य उतना स्थिर नहीं है जितना दिखता है। नमी की शक्तिशाली नदियाँ, जिन्हें वायुमंडलीय नदियाँ (एटमॉस्फेरिक रिवर्स) कहा जाता है, गर्म अक्षांशों से नमी के विशाल भंडार लेकर आ सकती हैं, जो ध्रुवीय क्षेत्रों में भारी मात्रा में जल वाष्प ले जाती हैं। जब यह नमी ठंडी अंटार्कटिक हवा से मिलती है, तो यह केवल गायब नहीं होती; यह बादलों में बदल जाती है, जिससे तापमान, हवा की स्थिरता और आकाश के माध्यम से ऊर्जा के प्रवाह का तरीका बदल जाता है। इन छिपी हुई परतों को समझना इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि वे इस बात को प्रभावित करते हैं कि बर्फ कितनी धूप को परावर्तित करती है, सतह कितनी गर्मी सोखती है, और वैश्विक जलवायु प्रणाली कैसे कार्य करती है। जबकि वैज्ञानिकों ने लंबे समय से आर्कटिक में नमी के संचलन का अध्ययन किया है, अंटarktic (अंटार्कटिक) क्षेत्र एक रहस्य बना रहा है, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि अत्यधिक ठंड के कारण बादलों के भीतर क्या हो रहा है, विशेष रूप से यह कि पानी तरल बूंदों के रूप में मौजूद है या जमी हुई बर्फ के क्रिस्टल के रूप में, इसे मापना कठिन होता है।

2025 की दक्षिणी गर्मियों (ऑस्ट्रल समर) में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने अंटार्कटिक प्रायद्वीप के उत्तरी छोर पर स्थित मारामबियो बेस पर इस पहेली को सुलझाने के प्रयास में एक नया अभियान शुरू किया। छह सप्ताह की अवधि के दौरान, उन्होंने बत्तीस मौसम संबंधी गुब्बारे (वेदर बैलून) छोड़े, जिनमें से प्रत्येक में संवेदनशील उपकरण लगे थे जिन्हें तापमान, आर्द्रता और हवा को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया था जब वे आकाश में ऊपर चढ़ रहे थे। लक्ष्य इन नमी के प्रवेश (मॉइस्चर इंट्रूज़न) को रंगे हाथों पकड़ना और यह देखना था कि वे वायुमंडल की संरचना को कैसे बदलते हैं। उन्होंने जो पाया वह उनकी अपेक्षा की गई शुष्क, स्थिर हवा की तुलना में कहीं अधिक जटिल दुनिया थी। पतले, विरल बादलों के बजाय, उन्होंने हवा की गहरी, मोटी परतों की खोज की जो नमी से पूरी तरह संतृप्त थीं, जो छह या आठ किलोमीटर की ऊंचाई तक फैली हुई थीं। इनमें से कई परतों में, हवा में बर्फ बनने की सैद्धांतिक क्षमता से भी अधिक जल वाष्प मौजूद था, जिसे 'आइस सुपरसैचुरेशन' (बर्फ की अति-संतृप्ति) कहा जाता है। यह स्थिति, जहाँ हवा बर्फ के क्रिस्टल पर पानी जमा करने के लिए व्याकुल होती है, पहले की तुलना में कहीं अधिक सामान्य और व्यापक थी, जो इन घटनाओं के दौरान वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना पर हावी थी।

इस अभियान की सबसे महत्वपूर्ण खोज यह है कि नमी युक्त ये परतें कैसे व्यवहार करती हैं। जब हवा संतृप्त होती है, तो स्थिरता का भौतिक विज्ञान बदल जाता है। सामान्यतः, वैज्ञानिक यह गणना करने के लिए कि हवा कितनी आसानी से मिश्रित या उलट (मिक्स या ओवरटर्न) हो सकती है, इसके तापमान और दबाव को देखते हैं, यह मानते हुए कि हवा शुष्क है। हालाँकि, जब जल वाष्प बर्फ में बदलता है, तो यह थोड़ी मात्रा में ऊष्मा छोड़ता है, जो आसपास की हवा को गर्म करती है और उसे अधिक उत्प्लावक (बॉयंट) बनाती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब उन्होंने बर्फ बनने से निकलने वाली इस छिपी हुई ऊष्मा को ध्यान में रखा, तो वायुमंडल शुष्क गणनाओं द्वारा सुझाए गए मानक स्तरों की तुलना में बहुत कम अस्थिर दिखाई दिया। बत्तीस में से इकतीस उड़ानों में, हवा ने "ओवरटर्निंग" (हवा के ऊपर-नीचे मिलने) के संकेत दिखाए—जहाँ हवा के टुकड़े ऊपर-नीचे मिश्रित होते हैं—जो शुष्क गणनाओं द्वारा पता लगाए जाने वाले स्तरों की तुलना में बहुत अधिक बार और बहुत अधिक ऊर्ध्वाधर दूरी तक हुआ। सबसे मजबूत मामलों में, ये मिश्रण क्षेत्र निचले वायुमंडल के साठ से सत्तर प्रतिशत हिस्से पर कब्जा कर लेते थे, जबकि पारंपरिक तरीकों ने इस गतिविधि के अधिकांश हिस्से को पूरी तरह से अनदेखा कर दिया था।

यह 'ओवरटर्निंग' केवल एक सैद्धांतिक जिज्ञासा नहीं है; यह ध्रुवीय बादलों में अशांति (टर्बुलेंस) और मिश्रण के बारे में हमारी समझ में एक मौलिक बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। अध्ययन से पता चला कि नमी के इन प्रवेशों में हवा बर्फ के क्रिस्टल का एक समान ब्लॉक नहीं है। जबकि ऊपरी परतें अत्यधिक रूप से बर्फ द्वारा नियंत्रित थीं, निचली परतों में कभी-कभी अतिशीतित तरल जल (सुपरकूल्ड लिक्विड वॉटर) के पॉकेट यानी छोटे हिस्से मौजूद थे—ऐसा पानी जो जमने के बजाय तरल बना रहता है। टीम ने केवल तीन उड़ानों में इन तरल बूंदों के प्रत्यक्ष प्रमाण को पकड़ने में सफलता प्राप्त की, जहाँ विशेष सेंसरों ने व्यापक बर्फ के बादलों के भीतर सूक्ष्म, रुक-रुक कर आने वाली तरल जल की परतों का पता लगाया। ये तरल पॉकेट उथले थे, अक्सर कुछ सौ मीटर से भी कम मोटे थे, और केवल विशिष्ट स्थानों पर ही दिखाई दिए, जो यह सुझाव देते हैं कि अंटार्कटिक में तरल और बर्फ के बीच का संक्रमण आर्कटिक में देखे जाने वाले मोटे, निरंतर तरल परतों की तुलना में कहीं अधिक खंडित और स्थानीयकृत है।

ये निष्कर्ष इस धारणा को चुनौती देते हैं कि अंटकटिक में नमी का परिवहन एक सरल, एकसमान प्रक्रिया है। शोधकर्ताओं ने देखा कि इस क्षेत्र में कितनी नमी आ रही है, यह हमेशा यह भविष्यवाणी नहीं करता था कि कितना मिश्रण होगा। इसके बजाय, मुख्य कारक यह था कि वह नमी ऊर्ध्वाधर रूप से कैसे व्यवस्थित थी। जब हवा बर्फ से संतृप्त थी, तो गुप्त ऊष्मा (लेटेंट हीट) के विमोचन ने मिश्रण के प्रति वायुमंडल के प्राकृतिक प्रतिरोध को कमजोर कर दिया, जिससे बड़े पैमाने पर अशांति विकसित होने लगी। इसका अर्थ है कि मानक मौसम मॉडल, जो अक्सर शुष्क-वायु गणनाओं पर निर्भर करते हैं, मिश्रण और ऊर्जा हस्तांतरण की मात्रा को कम आंक रहे हैं। पानी के जमने पर निकलने वाली ऊष्मा को अनदेखा करके, वे वायुमंडलीय व्यवहार के एक महत्वपूर्ण चालक को चूक जाते हैं।

अंततः, यह अध्ययन नमी की घटनाओं के दौरान अंटार्कटिक के आकाश की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है। यह दिखाता है कि हवा केवल ठंडी और शुष्क नहीं है, बल्कि गतिशील रूप से सक्रिय है, जो बर्फ-अति-संतृप्त हवा की गहरी परतों से भरी है जो मिश्रण के प्रति संवेदनशील है। इन परतों की उपस्थिति, और तरल जल के आकस्मिक उथले पॉकेट, यह सुझाव देते हैं कि अंटार्कटिक वायुमंडल पानी के अवस्था परिवर्तन (फेज चेंज) के प्रति पहले की तुलना में अधिक संवेदनशील है। जो वैज्ञानिक यह अनुमान लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि गर्म होती दुनिया के प्रति ध्रुवीय क्षेत्र कैसे प्रतिक्रिया देंगे, उनके लिए ये विवरण महत्वपूर्ण हैं। नमी कैसे संग्रहित होती है, यह कैसे जमती है, और यह आसपास की हवा के साथ कैसे मिश्रित होती है, ये सभी कारक ग्रह के ऊर्जा संतुलन को प्रभावित करते हैं। इन घुसपैठों के दौरान वायुमंडल को बहुत अधिक अशांत और ऊर्ध्वाधर रूप से मिश्रित दिखाकर, यह शोध ध्रुवीय आकाश की छिपी हुई गतिशीलता को देखने का एक नया, अधिक सटीक तरीका प्रदान करता है।