EXOSFERA: CARACTERÍSTICAS, COMPOSIÇÃO, FUNÇÕES E TEMPERATURA - MEIO AMBIENTE - 2025

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

A exosfera terrestre 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.

Figura 1. Camadas da atmosfera terrestre. Fonte: Esteban1216, 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 são dispersos, 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 definidora da exosfera é que ela não se comporta como um fluido gasoso, como as camadas internas da atmosfera. As partículas que o compõem estão constantemente escapando 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 do gás.

Essa lei só é cumprida se houver colisões suficientes entre as moléculas que constituem o gás.

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

Ao aumentar a altura ou distância da superfície da Terra, a pressão e a frequência das colisões entre as moléculas de gás diminuem consideravelmente.

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

Estado físico da exosfera: plasma

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

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

O plasma exibe 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 suspensão de íons e elétrons, tem a propriedade de ser um bom condutor de eletricidade.

É o estado físico mais comum do universo, formando plasmas interplanetários, interestelares e intergalácticos.

Figura 2. Atmosfera da Terra, ao fundo a lua. Fonte: NASA, via Wikimedia Commons

Composição química

A composição da atmosfera varia com a altitude ou 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.

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 atração gravitacional da Terra.

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

A exosfera também possui outros gases menos leves em sua composição, 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 de escape molecular 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 espaço vazio.

Só porque existem enormes espaços vazios, átomos e moléculas podem viajar grandes distâncias sem colidir uns com os outros. As probabilidades 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 alcançar velocidades tais que podem escapar do campo gravitacional de atração 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 grandes mudanças na composição química da atmosfera ao longo da evolução geológica.

O resto das moléculas da exosfera, com exceção do hidrogênio e do hélio, têm velocidades médias baixas e não atingem sua velocidade de escape. Para essas moléculas, a taxa de fuga para o espaço sideral é baixa e a fuga ocorre muito lentamente.

Temperatura

Na exosfera, o conceito de temperatura como medida da energia interna de um sistema, ou seja, da energia do movimento molecular, perde sentido, pois há pouquíssimas moléculas e muito espaço vazio.

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

Recursos

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 onde o campo magnético de um planeta desvia o vento solar, que é carregado com partículas de altíssima energia, prejudiciais a todas as formas de vida conhecidas.

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

Referências

1. Brasseur, G. e Jacob, D. (2017). Modeling of Atmospheric Chemistry. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). O ambiente solar-terrestre. Cambridge: Cambridge University Press.
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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 ao longo de um ciclo solar. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.