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Atmosphère (Terre)

L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'atmosphère sèche est constituée de 78,11 % d'azote, 20,953 % d'oxygène et de 0,934 % d'argon pour les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) majeurs. Les gaz mineurs, dont la proportion varie avec l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.), sont principalement l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) sous forme de vapeur (), le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...), le dioxyde de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) et l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes, l’ozone a tendance...). Les concentrations en CO2 s'élèvent en 2007[1] à 0,0382 %, soit 382 ppm alors qu'en 1998, elle était de 345 ppm[2].

La plus grande part de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre...) atmosphérique est proche de la surface : l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) se raréfie en altitude et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) diminue ; celle-ci peut être mesurée au moyen d'un altimètre ou d'un baromètre.

L'atmosphère est responsable d'un effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire)...) qui réchauffe la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...). Sans elle, la température moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur...) sur Terre serait de -18°C, contre 15°C actuellement. Cet effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour...) découle des propriétés des gaz vis-à-vis de la lumière.

Composition chimique détaillée

Proportion des gaz atmosphériques
Proportion des gaz atmosphériques
Quantité moyenne de vapeur d'eau
Quantité moyenne de vapeur d'eau
Composition de l'atmosphère "sèche"[3]
ppmv: parties par millions en volume
Gaz Volume
Azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) (N2) 780 840 ppmv (78,084 %)
Dioxygène (O2) 209 460 ppmv (20,946 %)
Argon (Ar) 9 340 ppmv (0,9340 %)
Dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (CO2) 382 ppmv (0,0382 %)
Néon (Ne) 18,18 ppmv
Hélium (He) 5,24 ppmv
Méthane (CH4) 1,745 ppmv
Krypton (Kr) 1,14 ppmv
Hydrogène (H2) 0,55 ppmv
A rajouter à l'atmosphère sèche :
Vapeur d'eau (H2O) de 1 % à 4 % (très variable)

Composants mineurs de l'atmosphère

Gaz Volume
Monoxyde d'azote 0,5 ppmv
Xénon 0,09 ppmv
Ozone 0,0 à 0,07 ppmv
Dioxyde d'azote 0,02 ppmv
Iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de numéro atomique 53.) 0,01 ppmv
Monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée...) traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...)
Ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à base...) traces

Couches atmosphériques

Température de l'atmosphère (°C) en fonction de l'altitude (km).
Température de l'atmosphère (°C)
en fonction de l'altitude (km).

L'atmosphère est divisée en 5 couches : leurs limites ont été fixées selon les discontinuités dans les variations de la température, en fonction de l'altitude. De bas en haut :

  • la troposphère : la température décroît avec l'altitude (de la surface du globe à 8-15 km d'altitude) ; l'épaisseur de cette couche varie entre 13 et 16 km à l'équateur, mais entre 7 et 8 km aux pôles. Elle contient 80 à 90% de la masse totale de l'air et la quasi-totalité d ela vapeur d'eau[4]. C'est la couche où se produisent :
    • les phénomènes météorologiques (nuages, pluies...)
    • les mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux (convection thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...), vents)
  • la stratosphère : la température croît avec l'altitude jusqu'à 0°C (de 8-15 km d'altitude à 50 km d'altitude) ; elle abrite une bonne partie de la couche d'ozone.
  • la mésosphère : la température décroît avec l'altitude (de 50 km d'altitude à 80 km d'altitude) jusqu'à -80°C ;
  • la thermosphère : la température croît avec l'altitude (de 80 km d'altitude à 350-800 km d'altitude) ;
  • l'exosphère (de 350-800 km d'altitude à 50 000 km d'altitude).

Phénomènes optiques

La composition de l'atmosphère terrestre la rend relativement transparente aux rayonnements électromagnétiques dans le domaine du spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.). Elle est cependant relativement opaque aux rayonnements infra-rouge émis par le sol, ce qui est à l'origine de l'effet de serre. Il s'y produit aussi différents phénomènes optiques causés par des variations continues ou non de l'indice de réfraction du milieu de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de...) électromagnétiques.

Parmi ces phénomènes, les plus notables sont les arcs en ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) et les mirages.

La couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) du ciel diurne, quant à elle, est due à la variation de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre...) du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des...) en fonction de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...). Des couleurs inhabituelles s'observent cependant lors des aurores polaires (aurores boréales ou australes), qui résultent de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui...) entre les particules du vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres...) et la haute atmosphère.

Historique

Les premières mesures de l'atmosphère actuelle se sont d'abord déroulées au sol, en plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement faibles. Elle se trouve à basse altitude, les vallées y...) puis au sommet des montagnes. En 1648, le beau-frère de Blaise Pascal (Blaise Pascal (19 juin 1623, Clermont (Auvergne) - 19 août 1662, Paris) est un mathématicien et physicien, philosophe, moraliste et...), Florin Périer constate sur le Puy de Dôme que la pression atmosphérique diminuait avec l'altitude prouvant ainsi la pesanteur (Le champ de pesanteur (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous les corps matériels au voisinage de la Terre : on observe ainsi qu'en un lieu...) de l'air[5]. Au XIXe siècle, le progrès scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) permet de faire des mesures depuis des ballons puis des ballons sondes permettant de découvrir l'existence de la stratosphère en 1899. Enfin, les engins spatiaux permettent d'accéder au-delà de l'atmosphère.

Notes et références

  1. Données du NOAA et du Mauna Loa Observatory (MLO),
  2. Éléments de Géologie, Charles Pomerol, Yves Lagabrielle, Maurice Renard (Renard est un terme ambigu qui désigne le plus souvent en français certains canidés du genre Vulpes, proches du loup et du chien. Mais, par similitude...), 12ème édition, Dunod, (ISBN 2-10-004754-X), octobre 2000, page 61
  3. Source for figures: NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...). carbon dioxide (updated 2007.01). Methane updated (to 1998) by IPCC TAR table 6.1 (lien). The NASA total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des...) was 17 ppmv over 100%, and CO2 was increased here by 15 ppmv. To normalize, N2 should be reduced by about (L’about est un terme de charpenterie désignant l’extrémité façonnée d’une pièce de bois.) 25 ppmv and O2 by about 7 ppmv.
  4. Éléments de Géologie, Charles Pomerol, Yves Lagabrielle, Maurice Renard, 12ème édition, Dunod, (ISBN 2-10-004754-X), octobre 2000, page 62
  5. Éléments de Géologie, Charles Pomerol, Yves Lagabrielle, Maurice Renard, 12ème édition, Dunod, (ISBN 2-10-004754-X), octobre 2000, page 61
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