Značilnosti eksosfere, kemijska sestava, funkcije in temperatura



The eksosfera je najbolj oddaljena plast ozračja planeta ali satelita, ki predstavlja zgornjo mejo ali mejo z vesoljem. Na planetu Zemlja se ta plast razprostira nad termosfero (ali ionosfero), od 500 km nad zemeljsko površino.

Zemljina eksosfera je debela približno 10.000 km in jo sestavljajo plini, ki so zelo različni od tistih, ki tvorijo zrak, ki ga dihamo na površini Zemlje..

V eksosferi sta tako gostota plinastih molekul kot tudi tlak minimalni, medtem ko je temperatura visoka in ostaja konstantna. V tem sloju se plini razpršijo in uhajajo v vesolje.

Indeks

  • 1 Značilnosti
    • 1.1 Obnašanje
    • 1.2 Lastnosti ozračja
    • 1.3 Fizikalno stanje eksosfere: plazma
  • 2 Kemična sestava
    • 2.1 Molekularna hitrost pobega iz eksosfere
  • 3 Temperatura
  • 4 Funkcije
  • 5 Reference

Funkcije

Eksosfera je prehodna plast med zemeljsko atmosfero in medplanetarnim prostorom. Ima zelo zanimive fizikalne in kemijske lastnosti in izpolnjuje pomembne zaščitne funkcije planeta Zemlje.

Vedenje

Glavna značilnost, ki določa eksosfero, je, da se ne obnaša kot plinasta tekočina, kot so notranje plasti atmosfere. Delci, ki ga tvorijo, nenehno pobegnejo v vesolje.

Obnašanje eksosfere je rezultat niza posameznih molekul ali atomov, ki sledijo lastni poti v zemeljskem gravitacijskem polju..

Lastnosti ozračja

Lastnosti, ki določajo atmosfero, so: tlak (P), gostota ali koncentracija sestavnih plinov (število molekul / V, kjer je V volumen), sestava in temperatura (T). V vsaki plasti ozračja se te štiri lastnosti razlikujejo.

Te spremenljivke ne delujejo neodvisno, ampak so povezane s pravom plinov:

P = d.R.T, kjer je d = število molekul / V in R je plinska konstanta.

Ta zakon je izpolnjen le, če je med molekulami, ki sestavljajo plin, dovolj šokov.

V nižjih slojih atmosfere (troposfera, stratosfera, mezosfera in termosfera) lahko mešanico plinov, ki jo sestavljajo, obravnavamo kot plin ali tekočino, ki jo je mogoče stisniti, katerih temperatura, tlak in gostota so povezani z zakonom plinov.

S povečanjem višine ali razdalje do zemeljske površine se tlak in frekvenca trkov med molekulami plinov znatno zmanjšata.

Na 600 km nadmorske višine in nad tem nivojem moramo upoštevati atmosfero na drugačen način, saj se ne obnaša več kot plin ali homogena tekočina..

Fizično stanje eksosfere: plazma

Fizično stanje eksosfere je plazma, ki je definirana kot četrto agregacijsko stanje ali fizično stanje snovi.

Plazma je stanje tekočine, kjer so skoraj vsi atomi v ionski obliki, to pomeni, da imajo vsi delci električne naboje in prisotnost prostih elektronov, ki niso povezani z nobeno molekulo ali atom. Lahko se opredeli kot tekoči medij delcev s pozitivnimi in negativnimi električnimi naboji, ki so električno nevtralni.

Plazma ima pomembne kolektivne učinke molekul, kot je odziv na magnetno polje, ki tvori strukture, kot so žarki, filamenti in dvojne plasti. Fizikalno stanje plazme, kot zmes v obliki suspenzije ionov in elektronov, ima lastnost, da je dober prevodnik električne energije..

Je najpogostejše fizikalno stanje v vesolju, ki tvori medplanetarne, medzvezdne in medgalaktične plazme.

Kemična sestava

Sestava ozračja se spreminja glede na nadmorsko višino ali razdaljo do površine Zemlje. Sestava, stanje mešanja in stopnja ionizacije so odločilni dejavniki za razlikovanje vertikalne strukture v slojih atmosfere.

Mešanica plinov zaradi turbulence je praktično nična, njene plinaste komponente pa se s difuzijo hitro ločijo.

V eksosferi je mešanica plinov omejena s temperaturnim gradientom. Mešanica plinov zaradi turbulence je praktično nič, njene plinaste sestavine pa se s difuzijo hitro ločijo. Nad 600 km nadmorske višine lahko posamezni atomi pobegnejo iz zemeljske gravitacijske sile.

Eksosfera vsebuje nizke koncentracije lahkih plinov, kot so vodik in helij. Ti plini so v tem sloju zelo razpršeni, med njimi so zelo velike praznine.

V eksosferi so tudi drugi manj lahki plini, kot je dušik (N2kisik (O2) in ogljikovega dioksida (CO2), vendar so ti v bližini eksobaze ali baropavze (cona eksosfere, ki meji na termosfero ali ionosfero).

Molekularna hitrost pobega iz eksosfere

V eksosferi so molekularne gostote zelo majhne, ​​kar pomeni, da je na enoto prostornine zelo malo molekul, večina te prostornine pa je prazen prostor..

Zaradi dejstva, da obstajajo ogromni prazni prostori, se lahko atomi in molekule premikajo na velikih razdaljah, ne da bi se trčili med seboj. Verjetnost trčenja med molekulami je zelo majhna, praktično nična.

V takšni odsotnosti trkov lahko vodikovi atomi (H) in helij (He), lažji in hitrejši, dosežejo hitrosti, ki jim omogočajo, da pobegnejo iz gravitacijskega polja privlačnosti planeta in zapustijo eksosfero v medplanetarni prostor..

Pobeg v prostor vodikovih atomov iz eksosfere (ocenjen na 25.000 ton na leto) je zagotovo prispeval k večjim spremembam kemijske sestave atmosfere med celotnim geološkim razvojem..

Ostale molekule v eksosferi, razen vodika in helija, imajo nizke povprečne hitrosti in ne dosežejo hitrosti pobega. Za te molekule je izhodna hitrost v vesolju nizka, pobeg pa se pojavi zelo počasi.

Temperatura

V eksosferi pojem temperature kot merilo notranje energije sistema, to je energije molekularnega gibanja, izgubi pomen, saj obstaja zelo malo molekul in veliko praznega prostora..

Znanstvene študije poročajo o izredno visokih temperaturah v zunanjem okolju, povprečno okoli 1500 K (1773 ° C), ki ostajajo nespremenjene z višino.

Funkcije

Eksosfera je del magnetosfere, ker se magnetosfera razteza med 500 km in 600.000 km od površine Zemlje..

Magnetosfera je območje, kjer magnetno polje planeta odbija sončni veter, ki je obremenjen z delci zelo visoke energije, ki so škodljivi za vse znane oblike življenja..

Tako eksosfera predstavlja plast zaščite pred visoko energijskimi delci, ki jih oddaja Sonce..

Reference

  1. Brasseur, G. in Jacob, D. (2017). Modeliranje atmosferske kemije. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Sončno-zemeljsko okolje. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV Spektroskopija za kopensko eksoplanetno eksosfero. Evropski kongres planetarnih znanosti 2018. EPSC Abstracts. Tom 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Atmosferska kemija Oxford: World Scientific.
  5. Tinsley, B.A., Hodges, R.R. in Rohrbaugh, R.P. (1986). Monte Carlo modeli za zemeljsko eksosfero preko sončnega cikla. Časopis za geofizikalne raziskave: Vesoljska fizika Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.