EXOSFERA: CARACTERISTICI, COMPOZIȚIE, FUNCȚII ȘI TEMPERATURĂ - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Exosferei este stratul exterior al atmosferei unei planete sau a unui satelit, care constituie limita superioară sau granița cu spațiul cosmic. Pe planeta Pământ, acest strat se extinde deasupra termosferei (sau ionosferei), de la 500 km deasupra suprafeței pământului.

Exosfera terestră are o grosime de aproximativ 10.000 km și este formată din gaze foarte diferite de cele care alcătuiesc aerul pe care îl respirăm pe suprafața Pământului.

Figura 1. Straturile atmosferei Pământului. Sursa: Esteban1216, de la Wikimedia Commons În exosferă, atât densitatea moleculelor gazoase, cât și presiunea sunt minime, în timp ce temperatura este ridicată și rămâne constantă. În acest strat, gazele sunt dispersate, scăpând în spațiul exterior.

caracteristici

Exosfera constituie stratul de tranziție între atmosfera Pământului și spațiul interplanetar. Are caracteristici fizice și chimice foarte interesante și îndeplinește funcții importante de protecție a planetei Pământ.

Comportament

Principala caracteristică definitorie a exosferei este aceea că nu se comportă ca un fluid gazos, precum straturile interioare ale atmosferei. Particulele sale constitutive scapă în spațiul exterior constant.

Comportamentul exosferei este rezultatul unui set de molecule individuale sau atomi, care își urmează traiectoria proprie în câmpul gravitațional al Pământului.

Proprietățile atmosferei

Proprietățile care definesc atmosfera sunt: ​​presiunea (P), densitatea sau concentrația gazelor constitutive (numărul de molecule / V, unde V este volumul), compoziția și temperatura (T). În fiecare strat al atmosferei aceste patru proprietăți variază.

Aceste variabile nu acționează independent, dar sunt legate de legea gazelor:

P = dRT, unde d = numărul de molecule / V și R este constanta de gaz.

Această lege este îndeplinită numai dacă există suficiente coliziuni între moleculele care alcătuiesc gazul.

În straturile inferioare ale atmosferei (troposferă, stratosferă, mezosferă și termosferă), amestecul de gaze care o compune poate fi tratat ca un gaz sau fluid care poate fi comprimat, a cărui temperatură, presiune și densitate sunt corelate prin legea de gazele.

Prin creșterea înălțimii sau distanței de suprafața pământului, presiunea și frecvența coliziunilor dintre moleculele de gaz scad considerabil.

La 600 km altitudine și peste acest nivel, atmosfera trebuie să fie luată în considerare într-un mod diferit, deoarece nu se mai comportă ca un gaz sau un fluid omogen.

Starea fizică a exosferei: plasmă

Starea fizică a exosferei este cea a plasmei, care este definită ca a patra stare de agregare sau stare fizică a materiei.

Plasma este o stare fluidă, în care practic toți atomii sunt sub formă ionică, adică toate particulele au sarcini electrice și există electroni liberi prezenți, nefiind legați de nicio moleculă sau atom. Poate fi definit ca un mediu fluid de particule cu sarcini electrice pozitive și negative, neutre din punct de vedere electric.

Plasma prezintă efecte moleculare colective importante, cum ar fi răspunsul său la un câmp magnetic, formând structuri precum raze, filamente și duble straturi. Starea fizică a plasmei, ca amestec sub formă de suspensie de ioni și electroni, are proprietatea de a fi un bun conductor de electricitate.

Este cea mai frecventă stare fizică din univers, formând plasme interplanetare, interstelare și intergalactice.

Figura 2. Atmosfera Pământului, pe fundal luna. Sursa: NASA, prin Wikimedia Commons

Compoziție chimică

Compoziția atmosferei variază în funcție de altitudine sau distanță de suprafața Pământului. Compoziția, starea de amestecare și gradul de ionizare sunt factori determinanți pentru a distinge structura verticală în straturile atmosferei.

Amestecul de gaze din cauza turbulenței este practic nul, iar componentele sale gazoase se separă rapid prin difuzie.

În exosferă, amestecul de gaze este restricționat de gradientul de temperatură. Amestecul de gaze din cauza turbulenței este practic nul, iar componentele sale gazoase se separă rapid prin difuzie. Peste 600 km altitudine, atomi individuali pot scăpa de atracția gravitațională a Pământului.

Exosfera conține concentrații scăzute de gaze ușoare, cum ar fi hidrogen și heliu. Aceste gaze sunt dispersate pe scară largă în acest strat, cu goluri foarte mari între ele.

Exosfera are în compoziție și alte gaze mai puțin ușoare, cum ar fi azotul (N ₂ ), oxigenul (O ₂ ) și dioxidul de carbon (CO ₂ ), dar acestea sunt situate în apropierea exobazei sau a baropauzei (zona exosferei care limitează cu termosfera sau ionosfera).

Viteza de evacuare moleculară din exosferă

În exosferă densitățile moleculare sunt foarte mici, adică sunt foarte puține molecule per unitate de volum, iar cea mai mare parte a acestui volum este spațiu gol.

Tocmai pentru că există spații goale uriașe, atomii și moleculele pot parcurge distanțe mari fără a se ciocni între ele. Probabilitatea de coliziuni între molecule sunt foarte mici, practic nule.

În absența coliziunilor, atomii de hidrogen (H) și heliu (He) mai ușori și mai rapide pot atinge viteze, astfel încât să le permită să scape de câmpul de atracție gravitațional al planetei și să iasă din exosferă în spațiul interplanetar. .

Evadarea în spațiul atomilor de hidrogen din exosferă (estimată la aproximativ 25.000 tone pe an), a contribuit cu siguranță la schimbări majore în compoziția chimică a atmosferei de-a lungul evoluției geologice.

Restul moleculelor din exosferă, în afară de hidrogen și heliu, au viteze medii mici și nu ating viteza de evacuare. Pentru aceste molecule, rata de evacuare în spațiul exterior este scăzută, iar scăparea are loc foarte lent.

Temperatura

În exosferă, conceptul de temperatură ca măsură a energiei interne a unui sistem, adică a energiei mișcării moleculare, își pierde sensul, deoarece există foarte puține molecule și mult spațiu gol.

Studiile științifice raportează temperaturi extrem de ridicate ale exosferei, de ordinul a 1500 K (1773 ° C) în medie, care rămân constante cu înălțimea.

Caracteristici

Exosfera face parte din magnetosferă, deoarece magnetosfera se extinde între 500 km și 600.000 km de suprafața Pământului.

Magnetosfera este zona în care câmpul magnetic al unei planete deviază vântul solar, care este încărcat cu particule cu energie foarte mare, dăunătoare tuturor formelor de viață cunoscute.

Așa se face că exosfera constituie un strat de protecție împotriva particulelor cu energie mare emise de Soare.

Referințe

1. Brasseur, G. și Jacob, D. (2017). Modelarea Chimiei Atmosferice. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). Mediul solar-terestru. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. și colab. (2018). Spectroscopie VUV pentru exosferă exoplanetară terestră. European Planetary Science Congress 2018. Rezumate EPSC. Vol. 12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Chimie atmosferică. Oxford: World Scientific.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR și Rohrbaugh, RP (1986). Modele Monte Carlo pentru exosfera terestră pe un ciclu solar Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.