אקוספירה: מאפיינים, הרכב, פונקציות וטמפרטורה - סביבה - 2025

אקסוספירה היא השכבה החיצונית של האטמוספרה של כוכב לכת או לווין, המהווה את הגבול או גבול העליון עם חלל החיצון. על פני כדור הארץ, שכבה זו משתרעת מעל התרמוספירה (או יונוספרה), ממרחק 500 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

עובי האקוספירה היבשתית בעובי של כ- 10,000 ק"מ והיא מורכבת מגזים שונים מאוד מאלה שמרכיבים את האוויר שאנו נושמים על פני כדור הארץ.

איור 1. איור 1. שכבות האטמוספרה של כדור הארץ. מקור: Esteban1216, מתוך Wikimedia Commons באקסוספרה הן צפיפות המולקולות הגזים והלחץ הן מינימליות, בעוד הטמפרטורה גבוהה ונשארת קבועה. בשכבה זו מפוזרים הגזים ונמלטים לחלל החיצון.

מאפיינים

האקוספירה מהווה את שכבת המעבר בין האטמוספרה של כדור הארץ לבין המרחב הבין-פלנטרי. יש לו מאפיינים פיסיקליים וכימיים מעניינים מאוד, והוא ממלא פונקציות חשובות להגנה על כדור הארץ.

התנהגות

המאפיין המרכיב העיקרי של האקוספירה הוא שהוא אינו מתנהג כמו נוזל גזי, כמו השכבות הפנימיות של האטמוספרה. החלקיקים המרכיבים אותו בורחים ללא הרף לחלל החיצון.

התנהגות האקוספירה היא תוצאה של קבוצה של מולקולות או אטומים בודדים, העוקבים אחר מסלול משלהם בשדה הכבידה של כדור הארץ.

מאפייני האווירה

המאפיינים המגדירים את האטמוספרה הם: הלחץ (P), הצפיפות או הריכוז של הגזים המרכיבים (מספר מולקולות / V, כאשר V הוא הנפח), ההרכב והטמפרטורה (T). בכל שכבה באטמוספרה ארבע המאפיינים הללו משתנים.

משתנים אלה אינם פועלים באופן עצמאי, אך קשורים לחוק הגז:

P = dRT, כאשר d = מספר המולקולות / V ו- R הוא קבוע הגז.

החוק מתקיים רק אם יש מספיק התנגשויות בין המולקולות המרכיבות את הגז.

בשכבות התחתונות של האטמוספרה (טרופוספירה, סטרוספוספרה, מזוספרה ותרמוספירה) ניתן להתייחס לתערובת הגזים המרכיבים אותה כאל גז או נוזל הניתנים לדחיסה, שטמפרטורתם, לחץ וצפיפותם קשורים באמצעות החוק של הגזים.

על ידי הגדלת הגובה או המרחק משטח כדור הארץ, הלחץ ותדירות ההתנגשויות בין מולקולות הגז פוחתות במידה ניכרת.

בגובה של 600 ק"מ ומעלה לרמה זו, יש לשקול את האווירה בצורה אחרת, מכיוון שהיא כבר לא מתנהגת כמו גז או נוזל הומוגני.

המצב הפיזי של האקוספירה: פלזמה

המצב הפיזי של האקוספירה הוא זה של פלזמה, המוגדרת כמצב הרביעי של צבירה או מצב פיזי של חומר.

הפלזמה היא מצב של נוזלים, כאשר כמעט כל האטומים הם בצורת יונים, כלומר לכל החלקיקים יש מטענים חשמליים וישנם אלקטרונים חופשיים, שאינם קשורים לשום מולקולה או אטום. ניתן להגדיר אותו כמדיום נוזלי של חלקיקים עם מטענים חשמליים חיוביים ושליליים, ניטרלים חשמלית.

פלזמה מציגה השפעות מולקולריות קולקטיביות חשובות, כמו תגובתה לשדה מגנטי, ויוצרים מבנים כמו קרניים, חוטים ושכבות כפולות. המצב הפיזי של הפלזמה, כתערובת בצורה של השעיה של יונים ואלקטרונים, הוא המאפיין להיות מוליך חשמל טוב.

זהו המצב הגופני הנפוץ ביותר ביקום ויוצר פלזמות בין-פלנטריות, בין-כוכביות ובין-גלקטיות.

איור 2. אטמוספירת כדור הארץ, ברקע הירח. מקור: נאס"א, באמצעות ויקימדיה Commons

תרכובת כימית

הרכב האטמוספרה משתנה בגובה או במרחק ממשטח כדור הארץ. הקומפוזיציה, מצב הערבוב ומידת היינון קובעים גורמים המבדילים את המבנה האנכי בשכבות האטמוספרה.

תערובת הגז עקב סערה היא כמעט אפסית, ורכיביה הגזים נפרדים במהירות על ידי דיפוזיה.

באקוספירה תערובת הגזים מוגבלת על ידי מעבר הטמפרטורה. תערובת הגז עקב סערה היא כמעט אפסית, ורכיביה הגזים נפרדים במהירות על ידי דיפוזיה. מעל 600 ק"מ, אטומים בודדים יכולים להימלט ממשיכת הכבידה של כדור הארץ.

האקוספירה מכילה ריכוזים נמוכים של גזים קלים כמו מימן והליום. גזים אלה מפוזרים באופן נרחב בשכבה זו, וביניהם חללים גדולים מאוד.

באקסוספרה יש גם גזים פחות קלילים בהרכבם, כמו חנקן (N ₂ ), חמצן (O ₂ ) ופחמן דו חמצני (CO ₂ ), אך אלה ממוקמים בסמוך לאקסובאז או לברופוזה (אזור האקוספירה המגביל עם התרמוספרה או היונוספרה).

מהירות בריחה מולקולרית מהאקוספירה

באקוספירה הצפיפות המולקולרית נמוכה מאוד, כלומר יש מעט מאוד מולקולות ליחידת נפח, ורוב הנפח הזה הוא שטח ריק.

רק מכיוון שיש חללים ריקים עצומים, אטומים ומולקולות יכולים לנוע מרחקים גדולים מבלי להתנגש זה בזה. ההסתברות להתנגשויות בין מולקולות הן קטנות מאוד, כמעט אפסיות.

בהיעדר התנגשויות, אטומי המימן הקלים והמהירים יותר (H) והליום (הוא) יכולים להגיע למהירויות כדי לאפשר להם לברוח משדה המשיכה הכבתי של הכוכב ומחוצה לאקוספירה אל המרחב הבין-כוכבי. .

הבריחה לחלל של אטומי מימן מהאקוספירה (מוערך בכ- 25,000 טון בשנה), תרמה בוודאי לשינויים גדולים בהרכב הכימי של האטמוספרה במהלך האבולוציה הגאולוגית.

לשאר המולקולות באקוספירה, מלבד מימן והליום, יש מהירויות ממוצעות נמוכות ואינם מגיעים למהירות הבריחה שלהם. עבור מולקולות אלה, קצב הבריחה לחלל החיצון הוא נמוך והבריחה מתרחשת באטיות רבה.

טֶמפֶּרָטוּרָה

באקוספירה, מושג הטמפרטורה כמדד לאנרגיה הפנימית של מערכת, כלומר לאנרגיה של תנועה מולקולרית, מאבד משמעות, מכיוון שיש מעט מאוד מולקולות והרבה מקום ריק.

מחקרים מדעיים מדווחים על טמפרטורות אקסוספרה גבוהות במיוחד, בסדרי גודל של 1500 K (1773 מעלות צלזיוס) בממוצע, שנשארים קבועים בגובה.

מאפיינים

האקסוספירה היא חלק ממגנטוספרה, מכיוון שהמגנטוספרה משתרעת בין 500 ק"מ ל 600,000 ק"מ משטח כדור הארץ.

המגנטוספרה היא האזור בו השדה המגנטי של פלנטה מסיט את רוח השמש, העמוסה בחלקיקי אנרגיה גבוהה מאוד, המזיק לכל צורות החיים הידועות.

כך מהווה האקוספירה שכבת הגנה מפני חלקיקי האנרגיה הגבוהה הנפלטת על ידי השמש.

הפניות

1. Brasseur, G. and Jacob, D. (2017). דוגמנות לכימיה אטמוספרית. קיימברידג ': הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'.
2. Hargreaves, JK (2003). הסביבה השמש-יבשתית. קיימברידג ': הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'.
3. קמדה, ש., תוברוב, א., אוסדה, נ., מוראקמי, ג., קייגו, ק 'ואח'. (2018). VUV ספקטרוסקופיה לאקסוספרה יבשתית יבשתית. קונגרס המדע הפלנטרי למדע 2018. תקצירי EPSC. כרך 12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). כימיה אטמוספרית. אוקספורד: עולם מדעי.
5. טינסלי, BA, הודג'ס, RR ו- Rohrbaugh, RP (1986). מודלים של מונטה קרלו עבור האקוספירה היבשתית על מחזור סולארי. Journal of Geophysical Research: Banner Physics of Physics. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.