Exosfeerkenmerken, chemische samenstelling, functies en temperatuur

de exosphere is de buitenste laag van de atmosfeer van een planeet of een satelliet en vormt de bovengrens of grens met de ruimte. Op de planeet Aarde strekt deze laag zich uit boven de thermosfeer (of ionosfeer), vanaf 500 km boven het aardoppervlak.

De exosfeer van de aarde is ongeveer 10.000 km dik en bestaat uit gassen die heel anders zijn dan de gassen die de lucht vormen die we inademen op het aardoppervlak.

In de exosfeer zijn zowel de dichtheid van gasvormige moleculen als de druk minimaal, terwijl de temperatuur hoog is en constant blijft. In deze laag worden de gassen verspreid en ontsnappen ze de ruimte in.

index

• 1 Kenmerken
  • 1.1 Gedrag
  • 1.2 Eigenschappen van de atmosfeer
  • 1.3 Fysische toestand van de exosfeer: plasma
• 2 Chemische samenstelling
  • 2.1 Moleculaire snelheid van ontsnapping uit de exosfeer
• 3 Temperatuur
• 4 functies
• 5 Referenties

features

De exosfeer is de overgangslaag tussen de atmosfeer van de aarde en de interplanetaire ruimte. Het heeft zeer interessante fysische en chemische eigenschappen en vervult belangrijke beschermingsfuncties van de planeet Aarde.

gedrag

Het belangrijkste kenmerk dat de exosfeer definieert, is dat deze zich niet gedraagt ​​als een gasvormig fluïdum, zoals de binnenste lagen van de atmosfeer. De deeltjes waaruit het bestaat, ontsnappen constant naar de ruimte.

Het gedrag van de exosfeer is het resultaat van een reeks individuele moleculen of atomen, die hun eigen traject volgen in het aardse zwaartekrachtveld.

Eigenschappen van de atmosfeer

De eigenschappen die de atmosfeer definiëren zijn: de druk (P), de dichtheid of concentratie van de samenstellende gassen (aantal moleculen / V, waarbij V het volume is), samenstelling en temperatuur (T). In elke laag van de atmosfeer variëren deze vier eigenschappen.

Deze variabelen werken niet onafhankelijk, maar zijn gerelateerd aan de wet van gassen:

P = d.R.T, waarbij d = aantal moleculen / V en R de gasconstante is.

Deze wet wordt alleen gehaald als er voldoende schokken zijn tussen de moleculen waaruit het gas bestaat.

In de lagere lagen van de atmosfeer (troposfeer, stratosfeer, mesosfeer en thermosfeer), kan het mengsel van gassen waaruit het bestaat worden behandeld als een gas of vloeistof die kan worden samengedrukt, waarvan de temperatuur, druk en dichtheid verband houden met de wet van de gassen.

Door de hoogte of afstand tot het aardoppervlak te vergroten, nemen de druk en frequentie van de botsingen tussen de moleculen van de gassen aanzienlijk af.

Op 600 km hoogte en boven dit niveau moeten we de atmosfeer op een andere manier beschouwen, omdat deze zich niet langer gedraagt ​​als een gas of een homogene vloeistof.

Fysische toestand van de exosfeer: het plasma

De fysieke toestand van de exosfeer is die van plasma, dat wordt gedefinieerd als de vierde aggregatietoestand of fysieke toestand van de materie.

Plasma is een staat van vloeistof, waar vrijwel alle atomen in ionische vorm zijn, dat wil zeggen, alle deeltjes hebben elektrische ladingen en er is een aanwezigheid van vrije elektronen, niet gekoppeld aan een molecuul of atoom. Het kan worden gedefinieerd als een vloeibaar medium met deeltjes met positieve en negatieve elektrische ladingen, elektrisch neutraal.

Plasma heeft belangrijke collectieve moleculaire effecten, zoals de reactie op een magnetisch veld, waarbij structuren zoals stralen, filamenten en dubbele lagen worden gevormd. De fysische toestand van het plasma, als een mengsel in de vorm van een suspensie van ionen en elektronen, heeft de eigenschap een goede geleider van elektriciteit te zijn.

Het is de meest voorkomende fysieke toestand in het universum en vormt interplanetaire, interstellaire en intergalactische plasma's.

Chemische samenstelling

De samenstelling van de atmosfeer varieert met de hoogte of afstand tot het aardoppervlak. De samenstelling, de mengtoestand en de mate van ionisatie zijn bepalende factoren om de verticale structuur in de lagen van de atmosfeer te onderscheiden.

Het mengsel van gassen als gevolg van de turbulentie is praktisch nul en de gasvormige componenten ervan worden snel gescheiden door diffusie.

In de exosfeer wordt het mengsel van gassen beperkt door de temperatuurgradiënt. Het mengsel van gassen als gevolg van de turbulentie is praktisch nul en de gasvormige componenten ervan worden snel gescheiden door diffusie. Boven 600 km hoogte kunnen individuele atomen ontsnappen uit de zwaartekracht van de aarde.

De exosfeer bevat lage concentraties van lichte gassen zoals waterstof en helium. Deze gassen zijn erg verspreid in deze laag, met zeer grote holtes ertussen.

De exosfeer heeft ook andere minder lichte gassen, zoals stikstof (N.₂), zuurstof (O₂) en koolstofdioxide (CO₂), maar deze bevinden zich in de buurt van de exobase of baropause (zone van de exosfeer die grenst aan de thermosfeer of ionosfeer).

Moleculaire snelheid van ontsnapping uit de exosfeer

In de exosfeer zijn de moleculaire dichtheden erg laag, dat wil zeggen dat er heel weinig moleculen zijn per volume-eenheid, en het grootste deel van dit volume is lege ruimte.

Vanwege het feit dat er enorme lege ruimtes zijn, kunnen atomen en moleculen over grote afstanden bewegen zonder met elkaar in botsing te komen. De kans op botsingen tussen moleculen is erg klein, praktisch nihil.

Bij een dergelijke afwezigheid van botsingen kunnen de waterstofatomen (H) en helium (He), lichter en sneller, snelheden bereiken die hen in staat stellen te ontsnappen uit het aantrekkingsveld van de zwaartekracht van de planeet en de exosfeer naar de interplanetaire ruimte te laten gaan..

De ontsnapping naar de ruimte van waterstofatomen van de exosfeer (geschat op 25.000 ton per jaar), heeft zeker bijgedragen aan belangrijke veranderingen in de chemische samenstelling van de atmosfeer tijdens de gehele geologische evolutie.

De rest van de moleculen in de exosfeer, afgezien van waterstof en helium, hebben lage gemiddelde snelheden en bereiken hun ontsnappingssnelheid niet. Voor deze moleculen is de ontsnappingssnelheid naar de ruimte laag en vindt de ontsnapping heel langzaam plaats.

temperatuur

In de exosfeer verliest het concept van temperatuur als een maat voor de interne energie van een systeem, dat wil zeggen, de energie van moleculaire beweging, betekenis, omdat er heel weinig moleculen en veel lege ruimte zijn.

Wetenschappelijke studies rapporteren extreem hoge temperaturen in de exosfeer, gemiddeld in de orde van 1500 K (1773 ° C), die constant blijven met de hoogte.

functies

De exosfeer maakt deel uit van de magnetosfeer, omdat de magnetosfeer zich uitstrekt tussen 500 km en 600.000 km van het oppervlak van de aarde.

De magnetosfeer is het gebied waar het magnetisch veld van een planeet de zonnewind afleidt, die geladen is met deeltjes van zeer hoge energie, die schadelijk zijn voor alle bekende vormen van leven..

Dit is hoe de exosfeer een laag van bescherming vormt tegen de hoge energiedeeltjes uitgestraald door de zon..

referenties

1. Brasseur, G. en Jacob, D. (2017). Modellering van atmosferische chemie. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, J.K. (2003). De zonne-terrestrische omgeving. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV-spectroscopie voor terrestrische exoplanetaire exosfeer. European Planetary Science Congress 2018. EPSC-abstracts. Deel 12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Atmosferische chemie Oxford: World Scientific.
5. Tinsley, B.A., Hodges, R.R. en Rohrbaugh, R.P. (1986). Monte Carlo-modellen voor de terrestrische exosfeer gedurende een zonnecyclus. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.