Esosfera: caratteristiche, composizione chimica, funzioni e temperatura
L' esosfera è lo strato più esterno dell'atmosfera di un pianeta o di un satellite, che costituisce il limite superiore o il confine con lo spazio esterno. Sul pianeta Terra, questo strato si estende al di sopra della termosfera (o ionosfera), da 500 km sopra la superficie terrestre.
L'esosfera della Terra ha uno spessore di circa 10.000 km ed è costituita da gas molto diversi da quelli che costituiscono l'aria che respiriamo sulla superficie della Terra.
lineamenti
L'esosfera è lo strato di transizione tra l'atmosfera terrestre e lo spazio interplanetario. Ha caratteristiche fisiche e chimiche molto interessanti e svolge importanti funzioni di protezione del pianeta Terra.
comportamento
La caratteristica principale che definisce l'esosfera è che non si comporta come un fluido gassoso, come gli strati interni dell'atmosfera. Le particelle che lo costituiscono sfuggono costantemente nello spazio.
Il comportamento dell'esosfera è il risultato di un insieme di singole molecole o atomi, che seguono la propria traiettoria nel campo gravitazionale terrestre.
Proprietà dell'atmosfera
Le proprietà che definiscono l'atmosfera sono: la pressione (P), la densità o la concentrazione dei gas costituenti (numero di molecole / V, dove V è il volume), composizione e temperatura (T). In ogni strato dell'atmosfera queste quattro proprietà variano.
Queste variabili non agiscono indipendentemente, ma sono legate dalla legge dei gas:
P = dRT, dove d = numero di molecole / V e R è la costante del gas.
Questa legge è soddisfatta solo se ci sono abbastanza shock tra le molecole che compongono il gas.
Negli strati inferiori dell'atmosfera (troposfera, stratosfera, mesosfera e termosfera), la miscela di gas che lo contiene può essere trattata come un gas o un fluido che può essere compresso, la cui temperatura, pressione e densità sono correlate dalla legge di i gas.
Aumentando l'altezza o la distanza dalla superficie terrestre, la pressione e la frequenza delle collisioni tra le molecole dei gas diminuiscono considerevolmente.
A 600 km di altitudine e sopra questo livello, dobbiamo considerare l'atmosfera in un modo diverso, poiché non si comporta più come un gas o un fluido omogeneo.
Stato fisico dell'esosfera: il plasma
Lo stato fisico dell'esosfera è il plasma, che è definito come il quarto stato di aggregazione o stato fisico della materia.
Il plasma è uno stato di fluido, dove praticamente tutti gli atomi sono in forma ionica, cioè tutte le particelle hanno cariche elettriche e c'è una presenza di elettroni liberi, non collegati a nessuna molecola o atomo. Può essere definito come un mezzo fluido di particelle con cariche elettriche positive e negative, elettricamente neutre.
Il plasma ha importanti effetti molecolari collettivi, come la sua risposta a un campo magnetico, formando strutture come raggi, filamenti e doppi strati. Lo stato fisico del plasma, come una miscela sotto forma di sospensione di ioni ed elettroni, ha la proprietà di essere un buon conduttore di elettricità.
È lo stato fisico più comune dell'universo, che forma plasmi interplanetari, interstellari e intergalattici.
Composizione chimica
La composizione dell'atmosfera varia con l'altitudine o la distanza dalla superficie della Terra. La composizione, lo stato di miscelazione e il grado di ionizzazione sono fattori determinanti per distinguere la struttura verticale negli strati dell'atmosfera.
La miscela di gas dovuta alla turbolenza è praticamente nulla e le sue componenti gassose vengono rapidamente separate per diffusione.
Nell'esosfera, la miscela di gas è limitata dal gradiente di temperatura. La miscela di gas dovuta alla turbolenza è praticamente nulla e le sue componenti gassose vengono rapidamente separate per diffusione. Sopra i 600 km di altitudine, i singoli atomi possono sfuggire alla forza di attrazione gravitazionale della terra.
L'esosfera contiene basse concentrazioni di gas leggeri come l'idrogeno e l'elio. Questi gas sono molto dispersi in questo strato, con vuoti molto grandi tra loro.
L'esosfera ha anche altri gas leggeri, come l'azoto (N 2 ), l'ossigeno (O 2 ) e il biossido di carbonio (CO 2 ), ma questi si trovano vicino all'exobase o alla baropausa (area dell'esosfera che limita con la termosfera o la ionosfera).
Velocità molecolare di fuga dall'esosfera
Nell'esosfera le densità molecolari sono molto basse, cioè ci sono pochissime molecole per unità di volume e la maggior parte di questo volume è spazio vuoto.
A causa del fatto che ci sono enormi spazi vuoti, gli atomi e le molecole possono muoversi su grandi distanze senza scontrarsi tra loro. La probabilità di collisioni tra le molecole è molto piccola, praticamente nulla.
In tale assenza di collisioni, gli atomi di idrogeno (H) e l'elio (He), più leggeri e più veloci, possono raggiungere velocità che consentono loro di fuggire dal campo di attrazione gravitazionale del pianeta e lasciare l'esosfera verso lo spazio interplanetario .
La fuga nello spazio degli atomi di idrogeno dall'esosfera (stimata in circa 25.000 tonnellate all'anno) ha certamente contribuito a importanti cambiamenti nella composizione chimica dell'atmosfera durante l'evoluzione geologica.
Il resto delle molecole nella esosfera, a parte l'idrogeno e l'elio, hanno basse velocità medie e non raggiungono la loro velocità di fuga. Per queste molecole, il tasso di fuga nello spazio esterno è basso e la fuga avviene molto lentamente.
temperatura
Nell'esosfera il concetto di temperatura come misura dell'energia interna di un sistema, cioè dell'energia del movimento molecolare, perde significato, poiché ci sono pochissime molecole e molto spazio vuoto.
Gli studi scientifici riportano temperature estremamente elevate nell'ecosfera, dell'ordine di 1500 K (1773 ° C) in media, che rimangono costanti con l'altezza.
funzioni
L'esosfera fa parte della magnetosfera, poiché la magnetosfera si estende tra 500 km e 600.000 km dalla superficie della Terra.
La magnetosfera è l'area in cui il campo magnetico di un pianeta devia il vento solare, che viene caricato con particelle di altissima energia, dannose per tutte le forme di vita conosciute.
È così che l'esosfera forma uno strato di protezione contro le particelle ad alta energia emesse dal Sole.
