Charakterystyka ekosfery, skład chemiczny, funkcje i temperatura



The egzosfera to najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery planety lub satelity, stanowiąca górną granicę lub granicę z przestrzenią kosmiczną. Na planecie Ziemia ta warstwa rozciąga się ponad termosferą (lub jonosferą) od 500 km nad powierzchnią ziemi.

Egzosfera Ziemi ma grubość około 10 000 km i składa się z gazów bardzo różnych od tych, które tworzą powietrze, którym oddychamy na powierzchni Ziemi.

W egzosferze zarówno gęstość cząsteczek gazowych, jak i ciśnienie są minimalne, podczas gdy temperatura jest wysoka i pozostaje stała. W tej warstwie gazy są rozproszone, uciekając w przestrzeń kosmiczną.

Indeks

  • 1 Charakterystyka
    • 1.1 Zachowanie
    • 1.2 Właściwości atmosfery
    • 1.3 Stan fizyczny egzosfery: plazma
  • 2 Skład chemiczny
    • 2.1 Prędkość molekularna ucieczki z egzosfery
  • 3 Temperatura
  • 4 funkcje
  • 5 referencji

Funkcje

Egzosfera jest warstwą przejściową między atmosferą Ziemi a przestrzenią międzyplanetarną. Ma bardzo interesujące właściwości fizyczne i chemiczne i spełnia ważne funkcje ochronne planety Ziemia.

Zachowanie

Główną cechą definiującą egzosferę jest to, że nie zachowuje się ona jak gazowy płyn, jak wewnętrzne warstwy atmosfery. Cząstki, które go tworzą, nieustannie uciekają w przestrzeń kosmiczną.

Zachowanie się egzosfery jest wynikiem zestawu pojedynczych cząsteczek lub atomów, które podążają swoją własną trajektorią w ziemskim polu grawitacyjnym.

Właściwości atmosfery

Właściwości określające atmosferę to: ciśnienie (P), gęstość lub stężenie gazów składowych (liczba cząsteczek / V, gdzie V jest objętością), skład i temperatura (T). W każdej warstwie atmosfery te cztery właściwości są różne.

Te zmienne nie działają niezależnie, ale są powiązane przez prawo gazów:

P = d.R.T, gdzie d = liczba cząsteczek / V i R jest stałą gazu.

Prawo to jest spełniane tylko wtedy, gdy istnieje wystarczająca liczba wstrząsów między cząsteczkami, z których składa się gaz.

W niższych warstwach atmosfery (troposfera, stratosfera, mezosfera i termosfera) mieszanina gazów, które ją zawierają, może być traktowana jako gaz lub płyn, który można skompresować, którego temperatura, ciśnienie i gęstość są powiązane przez prawo gazy.

Zwiększając wysokość lub odległość do powierzchni ziemi, znacznie spada ciśnienie i częstotliwość zderzeń między cząsteczkami gazów.

Na wysokości 600 km i powyżej tego poziomu musimy wziąć pod uwagę atmosferę w inny sposób, ponieważ nie zachowuje się ona jak gaz lub jednorodny płyn.

Stan fizyczny egzosfery: plazma

Fizyczny stan egzosfery to stan plazmy, który jest zdefiniowany jako czwarty stan agregacji lub fizyczny stan materii.

Plazma jest stanem płynu, w którym praktycznie wszystkie atomy są w postaci jonowej, to znaczy wszystkie cząstki mają ładunki elektryczne i istnieje obecność wolnych elektronów, niezwiązanych z żadną cząsteczką lub atomem. Można go zdefiniować jako płynny ośrodek cząstek o dodatnich i ujemnych ładunkach elektrycznych, elektrycznie obojętny.

Plazma ma ważne kolektywne efekty molekularne, takie jak reakcja na pole magnetyczne, tworząc struktury takie jak promienie, włókna i podwójne warstwy. Stan fizyczny plazmy, jako mieszanina w postaci zawiesiny jonów i elektronów, ma właściwość bycia dobrym przewodnikiem elektryczności.

Jest to najczęstszy stan fizyczny we wszechświecie, tworzący plazmę międzyplanetarną, międzygwiezdną i międzygalaktyczną.

Skład chemiczny

Skład atmosfery zmienia się w zależności od wysokości lub odległości od powierzchni Ziemi. Skład, stan mieszania i stopień jonizacji determinują czynniki odróżniające strukturę pionową w warstwach atmosfery.

Mieszanina gazów spowodowana turbulencją jest praktycznie zerowa, a jej składniki gazowe są szybko rozdzielane przez dyfuzję.

W egzosferze mieszanka gazów jest ograniczona gradientem temperatury. Mieszanina gazów spowodowana turbulencją jest praktycznie zerowa, a jej składniki gazowe są szybko rozdzielane przez dyfuzję. Powyżej wysokości 600 km poszczególne atomy mogą uciec od grawitacyjnej siły przyciągania Ziemi.

Egzosfera zawiera niskie stężenia lekkich gazów, takich jak wodór i hel. Gazy te są bardzo rozproszone w tej warstwie, z bardzo dużymi pustkami między nimi.

Egzosfera ma również inne mniej lekkie gazy, takie jak azot (N2), tlen (O2) i dwutlenek węgla (CO2), ale są one zlokalizowane w pobliżu egzobazy lub baropauzy (strefa egzosfery granicząca z termosferą lub jonosferą).

Prędkość molekularna ucieczki z egzosfery

W egzosferze gęstość molekularna jest bardzo niska, czyli jest bardzo mało cząsteczek na jednostkę objętości, a większość tej objętości to pusta przestrzeń.

Ze względu na to, że istnieją ogromne puste przestrzenie, atomy i molekuły mogą przemieszczać się na duże odległości bez kolizji ze sobą. Prawdopodobieństwo kolizji między cząsteczkami jest bardzo małe, praktycznie zerowe.

Przy takim braku zderzeń atomy wodoru (H) i hel (He), lżejsze i szybsze, mogą osiągnąć prędkości, które pozwolą im uciec z pola przyciągania grawitacyjnego planety i opuścić egzosferę w kierunku przestrzeni międzyplanetarnej.

Ucieczka w przestrzeń atomów wodoru z egzosfery (szacowana na 25 000 ton rocznie) z pewnością przyczyniła się do poważnych zmian w składzie chemicznym atmosfery podczas całej ewolucji geologicznej.

Reszta cząsteczek w egzosferze, oprócz wodoru i helu, ma niskie średnie prędkości i nie osiąga prędkości ucieczki. Dla tych cząsteczek szybkość ucieczki do przestrzeni kosmicznej jest niska, a ucieczka następuje bardzo powoli.

Temperatura

W egzosferze pojęcie temperatury jako miary wewnętrznej energii układu, to znaczy energii ruchu molekularnego, traci znaczenie, ponieważ jest bardzo mało cząsteczek i dużo pustej przestrzeni.

Badania naukowe donoszą o ekstremalnie wysokich temperaturach w egzosferze, średnio rzędu 1500 K (1773 ° C), które pozostają stałe z wysokością.

Funkcje

Egzosfera jest częścią magnetosfery, ponieważ magnetosfera rozciąga się od 500 km do 600 000 km od powierzchni Ziemi.

Magnetosfera jest obszarem, w którym pole magnetyczne planety odbija wiatr słoneczny, który jest naładowany cząstkami bardzo wysokiej energii, szkodliwymi dla wszystkich znanych form życia.

W ten sposób egzosfera stanowi warstwę ochrony przed cząstkami wysokoenergetycznymi emitowanymi przez Słońce..

Referencje

  1. Brasseur, G. i Jacob, D. (2017). Modelowanie chemii atmosferycznej. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Środowisko słoneczno-ziemskie. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). Spektroskopia VUV dla ziemskiej egzoplanetarnej egzosfery. Europejski Kongres Planetary Science 2018. Abstrakty EPSC. Vol. 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Chemia atmosferyczna Oxford: World Scientific.
  5. Tinsley, B.A., Hodges, R.R. i Rohrbaugh, R.P. (1986). Modele Monte Carlo dla ziemskiej egzosfery w cyklu słonecznym. Journal of Geophysical Research: Banner fizyki kosmicznej. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.