Χαρακτηριστικά της εξάσφαιρας, χημική σύνθεση, λειτουργίες και θερμοκρασία



Το εξωσφαιρία είναι το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη ή ενός δορυφόρου, το οποίο αποτελεί το ανώτερο όριο ή τα σύνορα με τον εξωτερικό χώρο. Στον πλανήτη Γη, αυτή η στρώση εκτείνεται πάνω από τη θερμόσφαιρα (ή ιονόσφαιρα), από 500 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της γης.

Η εξάσφαιρα της Γης έχει πάχος περίπου 10.000 χλμ. Και αποτελείται από αέρια πολύ διαφορετικά από εκείνα που συνθέτουν τον αέρα που αναπνέουμε στην επιφάνεια της Γης.

Στην εξάσφαιρα τόσο η πυκνότητα των αέριων μορίων όσο και η πίεση είναι ελάχιστες, ενώ η θερμοκρασία είναι υψηλή και παραμένει σταθερή. Σε αυτό το στρώμα τα αέρια διασκορπίζονται διαφεύγουν στον εξωτερικό χώρο.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά
    • 1.1 Συμπεριφορά
    • 1.2 Ιδιότητες της ατμόσφαιρας
    • 1.3 Φυσική κατάσταση της εξωσφαίρας: πλάσμα
  • 2 Χημική σύνθεση
    • 2.1 Μοριακή ταχύτητα διαφυγής από την εξάσφαιρα
  • 3 Θερμοκρασία
  • 4 Λειτουργίες
  • 5 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Η εξάσφαιρα είναι το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαπλανητικού χώρου. Έχει πολύ ενδιαφέροντα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά και εκπληρώνει σημαντικές προστατευτικές λειτουργίες του πλανήτη Γη.

Συμπεριφορά

Το κύριο χαρακτηριστικό που ορίζει την εξάσφαιρα είναι ότι δεν συμπεριφέρεται σαν αέριο υγρό, όπως τα εσωτερικά στρώματα της ατμόσφαιρας. Τα σωματίδια που το συνθέτουν διαφεύγουν συνεχώς στο εξωτερικό χώρο.

Η συμπεριφορά της εξάσφαιρας είναι το αποτέλεσμα μιας σειράς μεμονωμένων μορίων ή ατόμων που ακολουθούν τη δική τους τροχιά στο επίγειο βαρυτικό πεδίο.

Ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Οι ιδιότητες που ορίζουν την ατμόσφαιρα είναι: η πίεση (P), η πυκνότητα ή η συγκέντρωση των συστατικών αερίων (αριθμός μορίων / V, όπου V είναι ο όγκος), σύνθεση και θερμοκρασία (T). Σε κάθε στρώμα της ατμόσφαιρας αυτές οι τέσσερις ιδιότητες ποικίλλουν.

Αυτές οι μεταβλητές δεν ενεργούν ανεξάρτητα, αλλά σχετίζονται με το νόμο των αερίων:

P = d.R.T, όπου d = αριθμός μορίων / V και R είναι η σταθερά αερίου.

Αυτός ο νόμος πληρούται μόνο αν υπάρχουν αρκετοί σοκ μεταξύ των μορίων που συνθέτουν το αέριο.

Στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας (τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα και θερμόσφαιρα), το μίγμα των αερίων που μορφής μπορεί να θεωρηθεί ως ένα αέριο ή υγρό μπορεί να συμπιεστεί, του οποίου η θερμοκρασία, η πίεση και η πυκνότητα συνδέονται μέσω του νόμου τα αέρια.

Με την αύξηση του ύψους ή της απόστασης στην επιφάνεια της γης, η πίεση και η συχνότητα των συγκρούσεων μεταξύ των μορίων των αερίων μειώνονται σημαντικά.

Σε υψόμετρο 600 χιλιομέτρων και πάνω από αυτό το επίπεδο, πρέπει να εξετάσουμε την ατμόσφαιρα με διαφορετικό τρόπο, δεδομένου ότι δεν συμπεριφέρεται πλέον σαν αέριο ή ομοιογενές υγρό.

Φυσική κατάσταση της εξόσφαιρας: το πλάσμα

Η φυσική κατάσταση της εξάσφαιρας είναι αυτή του πλάσματος, η οποία ορίζεται ως η τέταρτη κατάσταση της συνάθροισης ή της φυσικής κατάστασης της ύλης.

Το πλάσμα είναι μια κατάσταση υγρού, όπου ουσιαστικά όλα τα άτομα είναι σε ιονική μορφή, δηλαδή όλα τα σωματίδια έχουν ηλεκτρικά φορτία και υπάρχει παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων που δεν συνδέονται με κανένα μόριο ή άτομο. Μπορεί να οριστεί ως υγρό μέσο σωματιδίων με θετικά και αρνητικά ηλεκτρικά φορτία, ηλεκτρικά ουδέτερα.

Το πλάσμα έχει σημαντικά συλλογικά μοριακά αποτελέσματα, όπως την απόκριση του σε μαγνητικό πεδίο, σχηματίζοντας δομές όπως ακτίνες, νημάτια και διπλά στρώματα. Η φυσική κατάσταση του πλάσματος, ως μείγμα με τη μορφή εναιωρήματος ιόντων και ηλεκτρονίων, έχει την ιδιότητα να είναι ένας καλός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας.

Είναι η πιο κοινή φυσική κατάσταση στο σύμπαν, που σχηματίζει διαπλανητικά, διαστρικά και διαγαλαξιακά πλάσματα.

Χημική σύνθεση

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας ποικίλλει ανάλογα με το ύψος ή την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Η σύνθεση, η κατάσταση της ανάμιξης και ο βαθμός ιονισμού, αποτελούν καθοριστικούς παράγοντες για τη διάκριση της κατακόρυφης δομής στα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Το μείγμα αερίων λόγω του στροβιλισμού είναι πρακτικά μηδενικό και τα αέρια συστατικά του διαχωρίζονται γρήγορα με διάχυση.

Στην εξάσφαιρα, το μείγμα αερίων περιορίζεται από την κλίση της θερμοκρασίας. Το μείγμα αερίων λόγω του στροβιλισμού είναι ουσιαστικά μηδενικό και τα αέρια συστατικά του διαχωρίζονται γρήγορα με διάχυση. Πάνω από 600 χιλιόμετρα υψόμετρο, μεμονωμένα άτομα μπορούν να ξεφύγουν από τη δύναμη βαρύτητας της γης.

Η εξάσφαιρα περιέχει χαμηλές συγκεντρώσεις ελαφρών αερίων όπως το υδρογόνο και το ήλιο. Αυτά τα αέρια είναι πολύ διασπαρμένα σε αυτό το στρώμα, με πολύ μεγάλα κενά μεταξύ τους.

Η εξάσφαιρα έχει επίσης άλλα ελαφρά λιγότερα αέρια, όπως το άζωτο (Ν2), οξυγόνο (Ο2) και διοξειδίου του άνθρακα (CO2), αλλά αυτά βρίσκονται κοντά στην exobase ή τη baropause (ζώνη της εξάσφαιρας που συνορεύει με τη θερμοσφαίρα ή τη ιονόσφαιρα).

Μοριακή ταχύτητα διαφυγής από την εξάσφαιρα

Στην εξάσφαιρα οι μοριακές πυκνότητες είναι πολύ χαμηλές, δηλαδή, υπάρχουν πολύ λίγα μόρια ανά μονάδα όγκου και το μεγαλύτερο μέρος αυτού του όγκου είναι κενός χώρος.

Λόγω του ότι υπάρχουν τεράστιοι άδειοι χώροι, τα άτομα και τα μόρια μπορούν να κινούνται σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς να συγκρουστούν μεταξύ τους. Η πιθανότητα συγκρούσεων μεταξύ των μορίων είναι πολύ μικρή, πρακτικά μηδενική.

Σε μια τέτοια απουσία συγκρούσεων, τα άτομα υδρογόνου (Η) και το ήλιο (He), ελαφρύτερα και ταχύτερα, μπορούν να φτάσουν σε ταχύτητες που τους επιτρέπουν να ξεφύγουν από το πεδίο έλξης βαρύτητας του πλανήτη και να αφήσουν την εξωσφαίρια προς το διαπλανητικό χώρο.

Η διαφυγή στο χώρο των ατόμων υδρογόνου από την εξάσφαιρα (που υπολογίζεται σε 25.000 τόνους ετησίως) συνέβαλε σίγουρα σε σημαντικές αλλαγές στη χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια ολόκληρης της γεωλογικής εξέλιξης.

Τα υπόλοιπα μόρια στην εξάσφαιρα, εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο, έχουν χαμηλές μέσες ταχύτητες και δεν φτάνουν στην ταχύτητα διαφυγής τους. Για αυτά τα μόρια, ο ρυθμός διαφυγής στο εξωτερικό χώρο είναι χαμηλός και η διαφυγή συμβαίνει πολύ αργά.

Θερμοκρασία

Στην εξωσφαίρεια η έννοια της θερμοκρασίας ως μέτρο της εσωτερικής ενέργειας ενός συστήματος, δηλαδή της ενέργειας της μοριακής κίνησης, χάνει νόημα, αφού υπάρχουν πολύ λίγα μόρια και πολλά κενά.

Οι επιστημονικές μελέτες αναφέρουν εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες στην εξάσφαιρα, της τάξης των 1500 K (1773 ° C) κατά μέσο όρο, οι οποίες παραμένουν σταθερές με το ύψος.

Λειτουργίες

Η εξάσφαιρα είναι μέρος της μαγνητόσφαιρας, αφού η μαγνητόσφαιρα εκτείνεται μεταξύ 500 χλμ. Και 600.000 χλμ. Από την επιφάνεια της Γης.

Η μαγνητόσφαιρα είναι η περιοχή όπου το μαγνητικό πεδίο ενός πλανήτη εκτρέπει τον ηλιακό άνεμο, ο οποίος φορτώνεται με σωματίδια πολύ υψηλής ενέργειας, επιβλαβή για όλες τις γνωστές μορφές ζωής.

Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο η εξάσφαιρα αποτελεί ένα στρώμα προστασίας από τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που εκπέμπονται από τον Ήλιο..

Αναφορές

  1. Brasseur, G. και Jacob, D. (2017). Μοντελοποίηση της ατμοσφαιρικής χημείας. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Το ηλιακό-επίγειο περιβάλλον. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, Α., Osada, Ν., Murakami, G., Keigo, Κ. et αϊ. (2018). Φασματοσκοπία VUV για τη χερσαία εξωπλανητική εξάσφαιρα. Ευρωπαϊκό Συνέδριο Πλανητικής Επιστήμης 2018. EPSC Abstracts. Τόμος 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Ατμοσφαιρική Χημεία Οξφόρδη: Παγκόσμια Επιστημονική.
  5. Tinsley, Β.Α., Hodges, R.R. και Rohrbaugh, R.P. (1986). Μοντέλα Monte Carlo για την επίγεια εξάσφαιρα σε έναν ηλιακό κύκλο. Εφημερίδα της Γεωφυσικής Έρευνας: Διαφήμιση Φυσικής Διαστήματος. 91 (Α12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.