EKSOSFĒRA: RAKSTUROJUMS, SASTĀVS, FUNKCIJAS UN TEMPERATŪRA - VIDE - 2025

Eksosfēra ir ārējais slānis atmosfērā planētas vai satelītu, veido augšējo robežu vai robežas ar kosmosā. Uz Zemes planētas šis slānis sniedzas virs termosfēras (vai jonosfēras), no 500 km virs zemes virsmas.

Zemes eksosfēra ir aptuveni 10 000 km bieza, un to veido gāzes, kas ļoti atšķiras no tām, kas veido gaisu, ko mēs elpojam uz Zemes virsmas.

Zemes atmosfēras slāņi. Avots: Esteban1216, no Wikimedia Commons. Ekosfērā gan gāzveida molekulu blīvums, gan spiediens ir minimāli, savukārt temperatūra ir augsta un paliek nemainīga. Šajā slānī gāzes izkliedējas, izkļūstot kosmosā.

raksturojums

Eksosfēra veido pārejas slāni starp Zemes atmosfēru un starpplanētu telpu. Tam ir ļoti interesantas fizikālās un ķīmiskās īpašības, un tas pilda svarīgas planētas Zemes aizsardzības funkcijas.

Uzvedība

Galvenā eksosfēras īpašība ir tā, ka tā neuzvedas kā gāzveida šķidrums, tāpat kā atmosfēras iekšējie slāņi. Daļiņas, kas to veido, pastāvīgi izkļūst kosmosā.

Eksosfēras uzvedība ir atsevišķu molekulu vai atomu kopuma rezultāts, kas Zemes gravitācijas laukā seko viņu pašu trajektorijai.

Atmosfēras īpašības

Īpašības, kas nosaka atmosfēru, ir: spiediens (P), veidojošo gāzu blīvums vai koncentrācija (molekulu skaits / V, kur V ir tilpums), sastāvs un temperatūra (T). Katrā atmosfēras slānī šīs četras īpašības atšķiras.

Šie mainīgie nedarbojas neatkarīgi, bet ir saistīti ar gāzes likumu:

P = dRT, kur d = molekulu skaits / V un R ir gāzes konstante.

Šis likums tiek izpildīts tikai tad, ja ir pietiekami daudz sadursmju starp molekulām, kas veido gāzi.

Atmosfēras apakšējos slāņos (troposfēra, stratosfēra, mezosfēra un termosfēra) to veidojošo gāzu maisījumu var uzskatīt par saspiestu gāzi vai šķidrumu, kura temperatūra, spiediens un blīvums ir saistīti ar gāzes.

Palielinot augstumu vai attālumu no zemes virsmas, spiediens un sadursmju biežums starp gāzes molekulām ievērojami samazinās.

600 km augstumā un virs šī līmeņa atmosfēra ir jāuztver savādāk, jo tā vairs neuzvedas kā gāze vai viendabīgs šķidrums.

Eksosfēras fiziskais stāvoklis: plazma

Exosfēras fiziskais stāvoklis ir plazmas stāvoklis, ko definē kā ceturto agregācijas vai matērijas fizisko stāvokli.

Plazma ir šķidruma stāvoklis, kurā praktiski visi atomi ir jonu formā, tas ir, visām daļiņām ir elektriski lādiņi un ir brīvi elektroni, kas nav piesaistīti nevienai molekulai vai atomam. To var definēt kā šķidru barotni ar daļiņām ar pozitīvu un negatīvu elektrisko lādiņu, elektriski neitrālu.

Plazmai ir svarīga kolektīvā molekulārā iedarbība, piemēram, tā reakcija uz magnētisko lauku, veidojot tādas struktūras kā stari, pavedieni un dubultā slāņi. Plazmas fizikālajam stāvoklim kā jonu un elektronu suspensijas formā ir labs elektrības vadītājs.

Tas ir visizplatītākais fiziskais stāvoklis Visumā, veidojot starpplanētu, starpzvaigžņu un starpgalaktiskās plazmas.

Zemes atmosfēra, fonā mēness. Avots: NASA, izmantojot Wikimedia Commons

Ķīmiskais sastāvs

Atmosfēras sastāvs mainās atkarībā no augstuma vai attāluma no Zemes virsmas. Sastāvs, sajaukšanas stāvoklis un jonizācijas pakāpe ir noteicošie faktori, lai atšķirtu vertikālo struktūru atmosfēras slāņos.

Gāzu maisījums turbulences dēļ praktiski nav, un tā gāzveida komponenti ātri atdalās difūzijas ceļā.

Eksosfērā gāzu maisījumu ierobežo temperatūras gradients. Gāzu maisījums turbulences dēļ praktiski nav, un tā gāzveida komponenti ātri atdalās difūzijas ceļā. Virs 600 km augstuma atsevišķi atomi var izkļūt no Zemes gravitācijas spēka.

Eksosfērā ir zemas vieglo gāzu, piemēram, ūdeņraža un hēlija, koncentrācijas. Šīs gāzes šajā slānī ir ļoti izkliedētas, starp tām ir ļoti lieli tukšumi.

Exosfērā ir arī citas mazāk vieglas gāzes, piemēram, slāpeklis (N ₂ ), skābeklis (O ₂ ) un oglekļa dioksīds (CO ₂ ), taču tās atrodas netālu no eksobiāzes vai baropauzes (eksosfēras apgabals, kas ierobežo ar termosfēru vai jonosfēru).

Molekulārā izkļūšanas ātrums no eksosfēras

Eksosfērā molekulārie blīvumi ir ļoti mazi, tas ir, vienā tilpuma vienībā ir ļoti maz molekulu, un lielākā daļa šī tilpuma ir tukša telpa.

Tieši tāpēc, ka ir milzīgas tukšas vietas, atomi un molekulas var noiet lielu attālumu, nesaskaroties viens ar otru. Molekulu sadursmju iespējamība ir ļoti maza, praktiski nulle.

Ja nav sadursmju, vieglāki un ātrāki ūdeņraža (H) un hēlija (He) atomi var sasniegt tādu ātrumu, ka tie var izbēgt no planētas gravitācijas pievilcības lauka un iziet no eksosfēras starpplanētu telpā. .

Ūdeņraža atomu izkļūšana no eksosfēras kosmosā (tiek lēsts aptuveni 25 000 tonnu gadā) noteikti ir veicinājusi būtiskas atmosfēras ķīmiskā sastāva izmaiņas visā ģeoloģiskās evolūcijas laikā.

Pārējām molekulām eksosfērā, izņemot ūdeņradi un hēliju, ir zems vidējais ātrums, un tās nesasniedz izbēgšanas ātrumu. Šīm molekulām izkļūšanas ātrums kosmosā ir zems, un izkļūšana notiek ļoti lēni.

Temperatūra

Exosfērā temperatūras jēdziens kā sistēmas iekšējās enerģijas, tas ir, molekulārās kustības enerģijas, mērs zaudē nozīmi, jo ir ļoti maz molekulu un daudz tukšas vietas.

Zinātniskie pētījumi ziņo par ārkārtīgi augstu eksosfēras temperatūru, vidēji 1500 K (1773 ° C), kas saglabājas nemainīga augstumā.

Iespējas

Eksosfēra ir daļa no magnetosfēras, jo magnetosfēra sniedzas no 500 līdz 600 000 km no Zemes virsmas.

Magnetosfēra ir teritorija, kurā planētas magnētiskais lauks novirza saules vēju, kurš ir piepildīts ar ļoti augstas enerģijas daļiņām un ir kaitīgs visām zināmajām dzīvības formām.

Tas ir, kā ekosfēra veido slāni aizsardzībai pret Saules izstarotajām augstas enerģijas daļiņām.

Atsauces

1. Brasseurs, G. un Jēkabs, D. (2017). Atmosfēras ķīmijas modelēšana. Kembridža: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). Saules un zemes vide. Kembridža: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV spektroskopija sauszemes eksoplanetārajai eksosfērai. Eiropas Planētu zinātnes kongress 2018. EPSC Abstracts. 12. sējums, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Atmosfēras ķīmija. Oksforda: pasaules zinātniskā.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR un Rohrbaugh, RP (1986). Montekarlo modeļi zemes eksosfērai saules cikla laikā. Ģeofizisko pētījumu žurnāls: Kosmosa fizikas reklāmkarogs. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.