Eksosfäärin ominaisuudet, kemiallinen koostumus, toiminnot ja lämpötila



Exosphere on planeetan tai satelliitin ilmakehän uloin kerros, joka muodostaa ylemmän rajan tai reunan avaruuden kanssa. Maapallolla tämä kerros ulottuu lämpösfäärin (tai ionosfäärin) yläpuolelle, 500 km maanpinnan yläpuolelle.

Maapallon eksosfääri on noin 10 000 km paksu ja koostuu kaasuista, jotka ovat hyvin erilaisia ​​kuin ne, jotka muodostavat ilman, jonka hengitämme maan pinnalle.

Eksosfäärissä sekä kaasumolekyylien tiheys että paine ovat vähäisiä, kun taas lämpötila on korkea ja pysyy vakiona. Tässä kerroksessa kaasut ovat hajaantuneet pakenemaan ulkoavaruuteen.

indeksi

  • 1 Ominaisuudet
    • 1.1 Käyttäytyminen
    • 1.2 Ilmakehän ominaisuudet
    • 1.3 Eksosfäärin fyysinen tila: plasma
  • 2 Kemiallinen koostumus
    • 2.1 Poistumisen molekyylinopeus eksosfääristä
  • 3 Lämpötila
  • 4 Toiminnot
  • 5 Viitteet

piirteet

Eksosfääri on siirtymäkerros maapallon ilmakehän ja planeettojen välisen tilan välillä. Sillä on hyvin mielenkiintoisia fyysisiä ja kemiallisia ominaisuuksia, ja se täyttää planeetan tärkeät suojaustoiminnot.

käytös

Tärkein ominaisuus, joka määrittelee eksosfäärin, on se, että se ei käyttäydy kuin kaasumainen neste, kuten ilmakehän sisäiset kerrokset. Hiukkaset, jotka muodostavat sen pakenemaan ulkoavaruuteen jatkuvasti.

Eksosfäärin käyttäytyminen on seurausta joukosta yksittäisiä molekyylejä tai atomeja, jotka noudattavat omaa polkua maanpäällisessä gravitaatiokentässä.

Ilmakehän ominaisuudet

Ilmakehän määrittävät ominaisuudet ovat: paine (P), kaasun tiheys tai konsentraatio (molekyylien lukumäärä / V, missä V on tilavuus), koostumus ja lämpötila (T). Jokaisessa ilmakerroksessa nämä neljä ominaisuutta vaihtelevat.

Nämä muuttujat eivät toimi itsenäisesti, vaan liittyvät kaasua koskevaan lainsäädäntöön:

P = d.R.T, jossa d = molekyylien lukumäärä / V ja R on kaasun vakio.

Tämä laki täyttyy vain, jos kaasuja muodostavien molekyylien välillä on riittävästi iskuja.

Ilmakehän alemmissa kerroksissa (troposfääri, stratosfääri, mesosfääri ja termosfääri) sitä sisältävä kaasuseos voidaan käsitellä kaasuna tai nesteenä, joka voidaan puristaa, jonka lämpötila, paine ja tiheys liittyvät toisiinsa. kaasuja.

Suurentamalla korkeutta tai etäisyyttä maapinnan pintaan kaasujen molekyylien välisten törmäysten paine ja taajuus vähenevät huomattavasti.

600 km: n korkeudessa ja tämän tason yläpuolella meidän on tarkasteltava ilmapiiriä eri tavalla, koska se ei enää toimi kaasuna tai homogeenisena nesteenä.

Eksosfäärin fyysinen tila: plasma

Eksosfäärin fyysinen tila on plasman fyysinen tila, joka on määritelty aineen neljänneksi aggregoitumis- tai fysikaaliseksi tilaksi.

Plasma on nesteen tila, jossa lähes kaikki atomit ovat ionisessa muodossa, eli kaikilla hiukkasilla on sähkövaraus ja vapaiden elektronien läsnäolo ei ole liittynyt mihinkään molekyyliin tai atomiin. Se voidaan määritellä nestemäiseksi väliaineeksi, jossa on positiivisia ja negatiivisia sähkövarauksia, sähköisesti neutraali.

Plasmalla on tärkeitä kollektiivisia molekyylisia vaikutuksia, kuten sen vaste magneettikentälle, muodostaen rakenteita, kuten säteet, filamentit ja kaksoiskerrokset. Plasman fyysinen tila ionien ja elektronien suspensiossa muodostuvana seoksena on se, että se on hyvä sähkönjohdin.

Se on maailman yleisin fyysinen tila, joka muodostaa planeettojenväliset, tähtienväliset ja intergalaktiset plasmat.

Kemiallinen koostumus

Ilmakehän koostumus vaihtelee maapallon korkeuden tai etäisyyden mukaan. Koostumus, sekoitusaste ja ionisaation aste ovat ratkaisevia tekijöitä erottamaan pystysuora rakenne ilmakerrosten kerroksissa.

Turbulenssin aiheuttama kaasuseos on käytännössä nolla, ja sen kaasumaiset komponentit erotetaan nopeasti diffuusiolla.

Eksosfäärissä kaasuseosta rajoittaa lämpötila-gradientti. Turbulenssista johtuva kaasuseos on käytännössä nolla, ja sen kaasumaiset komponentit erotetaan nopeasti diffuusiolla. Yli 600 km: n korkeudessa yksittäiset atomit voivat paeta maapallon painovoiman vetovoimasta.

Eksosfääri sisältää pieniä pitoisuuksia kevyitä kaasuja, kuten vetyä ja heliumia. Nämä kaasut ovat hyvin dispergoituneita tähän kerrokseen, ja niiden välillä on hyvin suuria huokosia.

Eksosfäärissä on myös muita vähemmän kevyitä kaasuja, kuten typpeä (N2), happi (O2) ja hiilidioksidia (CO2), mutta ne sijaitsevat lähellä eksobaasia tai baropausia (eksosfäärin alue, joka rajoittaa termospallia tai ionosfääriä).

Poistumisen molekyylinopeus eksosfääristä

Eksosfäärissä molekyylitiheydet ovat hyvin pieniä, eli molekyylejä on hyvin vähän, ja suurin osa tästä tilavuudesta on tyhjä tila.

Koska on olemassa valtavia tyhjiä tiloja, atomit ja molekyylit voivat liikkua suurilla etäisyyksillä törmäämättä toisiinsa. Molekyylien välisten törmäysten todennäköisyys on hyvin pieni, käytännössä nolla.

Tällaisissa törmäysten puuttuessa vetyatomeja (H) ja heliumia (He), jotka ovat kevyempiä ja nopeampia, voivat saavuttaa nopeudet, jotka sallivat niiden paeta planeetan gravitaatiovyöhykkeeltä ja jättää eksosfäärin kohti planeettatilaa.

Poistuminen eksosfäärin vetyatomien tilaan (arviolta 25 000 tonnia vuodessa) on varmasti edistänyt merkittäviä muutoksia ilmakehän kemialliseen koostumukseen koko geologisen kehityksen aikana..

Muilla eksosfäärin molekyyleillä on vetyä ja heliumia lukuun ottamatta alhaiset keskinopeudet ja ne eivät saavuta pakokaasunopeuttaan. Näiden molekyylien kohdalla poistumisnopeus ulkoavaruuteen on alhainen ja paeta tapahtuu hyvin hitaasti.

lämpötila

Eksosfäärissä lämpötilan käsite järjestelmän sisäisen energian mittana, eli molekyyliliikkeen energiana, menettää merkityksen, koska molekyylejä ja tyhjää tilaa on hyvin vähän.

Tieteelliset tutkimukset osoittavat erittäin korkeat lämpötilat eksosfäärissä, keskimäärin noin 1500 K (1773 ° C), jotka pysyvät vakiona korkeudella..

tehtävät

Eksosfääri on osa magnetosfääriä, koska magnetosfääri ulottuu 500–600 000 kilometrin päähän maan pinnasta.

Magnetosfääri on alue, jossa planeetan magneettikenttä ohjaa aurinkotuulen, joka on kuormitettu erittäin korkean energian hiukkasilla, jotka ovat haitallisia kaikille tunnetuille elämänmuodoille.

Näin eksosfääri muodostaa suojakerroksen aurinkopäästöjä vastaan..

viittaukset

  1. Brasseur, G. ja Jacob, D. (2017). Ilmakehän kemian mallinnus. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Aurinko-maa-ympäristö. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et ai. (2018). VUV-spektroskopia maanpäällisen eksoplanetäärisen eksosfäärin osalta. European Planetary Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Ilmakehän kemia Oxford: World Scientific.
  5. Tinsley, B. A., Hodges, R.R. ja Rohrbaugh, R.P. (1986). Monte Carlo -mallit maanpäälliselle eksosfäärille aurinkoprosessin aikana. Journal of Geophysical Research: Space Fysiikan Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.