Wind Damping of Internal Tides in the Global Ocean
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि पवन बल वैश्विक स्तर पर आंतरिक ज्वार (इंटरनल टाइड्स) पर एक व्यवस्थित अवमंदन प्रभाव डालता है, जो 15 GW की शुद्ध ऊर्जा हानि में योगदान देता है और उनके कुल ऊर्जा सिंक के लगभग 4% के लिए उत्तरदायी है, जिससे आंतरिक ज्वार ऊर्जा बजट में पवन कार्य को शामिल करना आवश्यक हो जाता है।
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महासागर एक विशाल, उथल-पुथल भरी इंजन की तरह है जो पृथ्वी की जलवायु को संचालित करता है, जो भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर गर्मी पहुँचाता है और जीवन को बनाए रखने के लिए पोषक तत्वों का चक्रण करता है। इस इंजन को चालू रखने के लिए, पानी को लगातार मिश्रण करना चाहिए, जिससे गर्म सतही परतों को ठंडे, गहरे जल के साथ मिलाया जा सके। यह मिश्रण मुख्य रूप से आंतरिक ज्वार (internal tides) द्वारा संचालित होता है, जो सतह के नीचे चलने वाली लहरें हैं, जो तब उत्पन्न होती हैं जब समुद्र के तल का नियमित उतार-चढ़ाव ऊपर के पानी पर दबाव डालता है। जैसे-जैसे ये लहरें विश्व भर में चलती हैं, वे अंततः टूट जाती हैं और अपनी ऊर्जा को विक्षोभ (turbulence) में बदल देती हैं, ठीक वैसे ही जैसे समुद्र की सतह पर लहरें तट से टकराती हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि समुद्र के तल का आकार इस बात में प्रमुख भूमिका निभाता है कि यह ऊर्जा कहाँ और कैसे नष्ट होती है। हालाँकि, पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा छिपा हुआ था: हवा की भूमिका। जबकि हवा को आमतौर पर एक ऐसे बल के रूप में सोचा जाता है जो समुद्र को धकेलता है और इसमें ऊर्जा जोड़ता है, नया शोध बताता है कि इन आंतरिक लहरों के विशिष्ट पैमाने पर, हवा अलग तरह से कार्य करती है, और चुपचाप ऊर्जा को कम कर देती है।
ज़ियायू लियू और युक्सुन लियू के नेतृत्व में ज़ियामेन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस छिपी हुई प्रक्रिया को स्पष्टता से सामने लाया है। वैश्विक महासागर के एक अत्यंत विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन को उपग्रहों और बहते हुए बुय (drifting buoys) के वास्तविक दुनिया के अवलोकनों के साथ जोड़कर, उन्होंने खोज निकाला कि हवा वैश्विक स्तर पर आंतरिक ज्वार को व्यवस्थित रूप से धीमा या मंद (dampen) कर देती है। यह खोज इस प्रचलित धारणा को चुनौती देती है कि समुद्र का तल ही ज्वारीय ऊर्जा का प्राथमिक सिंक (sink) है। इसके बजाय, अध्ययन यह प्रकट करता है कि ऊपर की हवा सक्रिय रूप से महासागर के ऊर्जा बजट में भाग ले रही है, जो एक ब्रेक की तरह कार्य कर रही है जो आंतरिक तरंग प्रणाली से काफी मात्रा में ऊर्जा को निकाल लेती है।
शोधकर्ताओं ने एक परिष्कृत वैश्विक महासागर सिमुलेशन चलाकर शुरुआत की, जो इतना विस्तृत था कि वह इन आंतरिक लहरों की जटिल, सूक्ष्म-स्तरीय गतिविधियों को भी स्पष्ट कर सके। उन्होंने इन ज्वारों से जुड़ी सतही धाराओं पर हवा द्वारा किए गए कार्य की गणना की। भौतिकी में, "कार्य" (work) यह बताता है कि कैसे एक बल किसी वस्तु को ऊर्जा स्थानांतरित करता है। यदि हवा धारा की दिशा में चलती है, तो यह ऊर्जा जोड़ती है; यदि यह धारा के विरुद्ध चलती है, तो यह ऊर्जा निकाल लेती है। टीम ने पाया कि, वैश्विक स्तर पर, हवा लगभग हमेशा ऊर्जा निकालती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि वायु का तनाव (wind stress) हवा की गति के सापेक्ष पानी की गति पर निर्भर करता है। जब आंतरिक ज्वार हवा के विरुद्ध बहता है, तो सापेक्ष गति अधिक होती है, जिससे एक मजबूत खिंचाव पैदा होता है जो हवा द्वारा जोड़ी जाने वाली ऊर्जा की तुलना में अधिक ऊर्जा निकाल लेता है। एक पूर्ण ज्वारीय चक्र के दौरान, यह असंतुलन लहर के लिए शुद्ध ऊर्जा हानि का परिणाम बनता है।
अपने सिमुलेशन में, टीम ने गणना की कि यह वायु-मंदन (wind damping) वैश्विक महासागर से लगभग 29.8 गीगावाट ऊर्जा निकाल लेता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह परिणाम केवल उनके कंप्यूटर मॉडल की एक त्रुटि नहीं है, उन्होंने वास्तविक दुनिया के डेटा का उपयोग करके इस प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए एक सरल गणितीय ढांचा विकसित किया। इस दृष्टिकोण के लिए केवल हवा की औसत गति और आंतरिक ज्वार की गति, साथ ही उनके दिशा संरेखण की आवश्यकता थी। जब उन्होंने इस पद्धति को उपग्रह पवन डेटा और हजारों बहते हुए बुय के मापों पर लागू किया, तो परिणाम स्थिर रहे। अवलोकन-आधारित अनुमान ने लगभग 15.4 गीगावाट की वैश्विक ऊर्जा हानि दिखाई। हालांकि यह संख्या सिमुलेशन की तुलना में कम है, लेकिन यह पुष्टि करती है कि वायु-मंदन एक वास्तविक, व्यापक घटना है, न कि केवल एक सैद्धांतिक संभावना।
अध्ययन ने यह भी मानचित्रित किया कि यह प्रभाव सबसे अधिक कहाँ तीव्र है। मंदन उन क्षेत्रों में सबसे तीव्र होता है जहाँ हवा प्रबल होती है और आंतरिक ज्वार ऊर्जावान होते हैं, जैसे कि दक्षिण चीन सागर में लुजोन जलडमरूमध्य (Luzon Strait), अलेउतियन रिज (Aleutian Ridge), और गल्फ स्ट्रीम के निचले प्रवाह क्षेत्र में। समुद्र के तल से होने वाले क्षय के विपरीत, जो ऊंचे समुद्री पहाड़ों के साथ संकीर्ण पट्टियों में केंद्रित होता है, वायु-मंदन खुले महासागर में व्यापक रूप से फैला हुआ है। वैश्विक स्तर पर, यह वायु-प्रेरित ऊर्जा हानि आंतरिक ज्वारों के कुल ऊर्जा सिंक का लगभग 2% हिस्सा है। हालाँकि, यह औसत स्थानीय महत्व को छिपा देता है। विशिष्ट मध्य-अक्षांश क्षेत्रों में, वायु-मंदन आंतरिक ज्वार द्वारा खोई जाने वाली ऊर्जा का 10% तक हो सकता है, जो एक ऐसा योगदान है जिसे अनदेखा करना बहुत बड़ी भूल होगी।
यह खोज महासागर के भीतर के ऊर्जा बजट से परे हमारे समझ के विस्तार को करती है। यह दिखाता है कि वायुमंडल और महासागर एक दूसरे से पहले की तुलना में अधिक जटिल तरीके से जुड़े हुए हैं, जिसमें हवा आंतरिक लहरों पर एक निरंतर, वैश्विक ब्रेक के रूप में कार्य करती है। हालांकि ऊर्जा की सटीक मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि हम ज्वार की गति को कैसे मापते हैं और वायुमंडल तथा महासागर आपस में कैसे क्रिया करते हैं, लेकिन प्रभाव की दिशा स्पष्ट है: हवा लगातार इन लहरों से ऊर्जा निकालती है। यह प्रक्रिया यह समझाने में मदद करती है कि कैसे ज्वारीय ऊर्जा छोटी पैमानों पर स्थानांतरित होती है, जो अंततः वैश्विक महासागरीय परिसंचरण को बनाए रखने वाले मिश्रण को संचालित करती है। वायु-मंदन को एक प्रमुख खिलाड़ी के रूप में पहचानकर, शोधकर्ताओं ने यह जानकर कि पृथ्वी की जलवायु प्रणाली कैसे कार्य करती है, एक महत्वपूर्ण अंतर को भर दिया है, जिससे यह पता चलता है कि लहरों के ऊपर की हवा भी महासागर की छिपी हुई धाराओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
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