Exosfera: características, composição, funções e temperatura

A exosfera é a camada mais externa da atmosfera de um planeta ou satélite, constituindo o limite superior ou a fronteira com o espaço sideral. No planeta Terra, essa camada se estende acima da termosfera (ou ionosfera), a partir de 500 km acima da superfície da Terra.

A atmosfera da Terra tem cerca de 10.000 km de espessura e é composta por gases muito diferentes daqueles que constituem o ar que respiramos na superfície da Terra.

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Figura 1. Camadas da atmosfera da Terra. Fonte: Esteban1216 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons
Na exosfera, tanto a densidade das moléculas gasosas quanto a pressão são mínimas, enquanto a temperatura é alta e permanece constante. Nesta camada, os gases dispersam escapando para o espaço sideral.

Caracteristicas

A exosfera constitui a camada de transição entre a atmosfera da Terra e o espaço interplanetário. Possui características físicas e químicas muito interessantes e cumpre importantes funções de proteção do planeta Terra.

Comportamento

A principal característica que define a exosfera é que ela não se comporta como um fluido gasoso, como as camadas internas da atmosfera. As partículas que o constituem constantemente escapam para o espaço sideral.

O comportamento da exosfera é o resultado de um conjunto de moléculas ou átomos individuais, que seguem sua própria trajetória no campo gravitacional da Terra.

Propriedades da atmosfera

As propriedades que definem a atmosfera são: a pressão (P), a densidade ou concentração dos gases constituintes (número de moléculas / V, onde V é o volume), a composição e a temperatura (T). Em cada camada da atmosfera essas quatro propriedades variam.

Essas variáveis ​​não agem de forma independente, mas estão relacionadas pela lei dos gases:

P = dRT, onde d = número de moléculas / V e R é a constante de gás.

Esta lei só é cumprida se houver choques suficientes entre as moléculas que constituem o gás.

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Nas camadas inferiores da atmosfera (troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera), a mistura de gases que a compõem pode ser tratada como um gás ou fluido que pode ser comprimido, cuja temperatura, pressão e densidade estão relacionadas pela lei de os gases

À medida que a altura ou a distância da superfície da Terra aumenta, a pressão e a frequência das colisões entre as moléculas de gás diminuem consideravelmente.

A 600 km de altura e acima desse nível, a atmosfera deve ser considerada de maneira diferente, pois não se comporta mais como um gás ou um fluido homogêneo.

Estado físico da exosfera: o plasma

O estado físico da exosfera é o do plasma, que é definido como o quarto estado de agregação ou estado físico da matéria.

O plasma é um estado de fluido, onde praticamente todos os átomos estão na forma iônica, ou seja, todas as partículas têm cargas elétricas e existe a presença de elétrons livres, não ligados a nenhuma molécula ou átomo. P ode ser definido como um meio fluido de partículas com cargas positivas e negativas eléctrico electricamente neutras.

O plasma tem importantes efeitos moleculares coletivos, como sua resposta a um campo magnético, formando estruturas como raios, filamentos e camadas duplas. O estado físico do plasma, como uma mistura na forma de uma suspensão de íons e elétrons, tem a propriedade de ser um bom condutor de eletricidade.

É o estado físico mais comum no universo, formando plasmas interplanetários, interestelares e intergaláticos.

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Figura 2. Atmosfera da Terra, no fundo a lua. Fonte: NASA [Domínio público], via Wikimedia Commons

Composição química

A composição da atmosfera varia com a altitude ou a distância da superfície da Terra. A composição, o estado de mistura e o grau de ionização são fatores determinantes para distinguir a estrutura vertical nas camadas da atmosfera.

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A mistura de gases devido à turbulência é praticamente nula e seus componentes gasosos se separam rapidamente por difusão.

Na exosfera, a mistura de gases é restringida pelo gradiente de temperatura. A mistura de gases devido à turbulência é praticamente nula e seus componentes gasosos se separam rapidamente por difusão. Acima de 600 km de altitude, átomos individuais podem escapar da força da atração gravitacional na Terra.

A exosfera contém baixas concentrações de gases leves, como hidrogênio e hélio. Esses gases são muito dispersos nessa camada, com grandes espaços vazios entre eles.

A exosfera também possui em sua composição outros gases menos leves, como nitrogênio (N 2 ), oxigênio (O 2 ) e dióxido de carbono (CO 2 ), mas estes estão localizados próximos à exobase ou baropausa (área da exosfera que limita com a termosfera ou ionosfera).

Velocidade molecular de escape da exosfera

Na exosfera, as densidades moleculares são muito baixas, ou seja, existem muito poucas moléculas por unidade de volume e a maior parte desse volume é de espaço vazio.

Como existem enormes espaços vazios, átomos e moléculas podem percorrer grandes distâncias sem colidir entre si. As chances de colisões entre moléculas são muito pequenas, praticamente nulas.

Na ausência de colisões, os átomos de hidrogênio (H) e hélio (He), mais leves e rápidos, podem atingir velocidades que lhes permitem escapar do campo de atração gravitacional do planeta e sair da exosfera para o espaço interplanetário .

A fuga para o espaço de átomos de hidrogênio da exosfera (estimada em cerca de 25.000 toneladas por ano) certamente contribuiu para importantes mudanças na composição química da atmosfera ao longo da evolução geológica.

O restante das moléculas na exosfera, além do hidrogênio e do hélio, possui velocidades médias baixas e não atingem a velocidade de escape. Para essas moléculas, a taxa de fuga para o espaço sideral é baixa e a fuga ocorre muito lentamente.

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Temperatura

Na exosfera, o conceito de temperatura como uma medida da energia interna de um sistema, isto é, da energia do movimento molecular, perde significado, uma vez que existem muito poucas moléculas e muito espaço vazio.

Estudos científicos relatam temperaturas extremamente altas na exosfera, da ordem de 1500 K (1773 ° C) em média, que permanecem constantes com a altura.

Funções

A exosfera faz parte da magnetosfera, uma vez que a magnetosfera se estende entre 500 km e 600.000 km da superfície da Terra.

A magnetosfera é a área em que o campo magnético de um planeta desvia o vento solar, carregado com partículas de energia muito alta, prejudiciais a todas as formas de vida conhecidas.

É assim que a exosfera constitui uma camada de proteção contra partículas de alta energia emitidas pelo Sol.

Referências

  1. Brasseur, G. e Jacob, D. (2017). Modelagem de Química Atmosférica. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, JK (2003). O ambiente solar-terrestre. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al . (2018). Espectroscopia VUV para exosfera exoplanetária terrestre. Congresso Europeu de Ciência Planetária 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Química Atmosférica Oxford: World Scientific.
  5. Tinsley, BA, Hodges, RR e Rohrbaugh, RP (1986). Modelos de Monte Carlo para a exosfera terrestre durante um ciclo solar. Jornal de Pesquisa Geofísica: Bandeira da Física Espacial. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.

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