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 majeurs. Les gaz mineurs, dont la proportion varie avec l'altitude, sont principalement l'eau sous forme de vapeur, le dioxyde de carbone, le dioxyde de soufre et l'ozone. Les concentrations en CO₂ s'élèvent en 2007 à 0,0382 %, soit 382 ppm alors qu'en 1998, elle était de 345 ppm.

La plus grande part de la masse atmosphérique est proche de la surface : l'air se raréfie en altitude et la pression diminue ; celle-ci peut être mesurée au moyen d'un altimètre ou d'un baromètre.

L'atmosphère est responsable d'un effet de serre qui réchauffe la surface de la Terre. Sans elle, la température moyenne sur Terre serait de -18°C, contre 15°C actuellement. Cet effet de serre découle des propriétés des gaz vis-à-vis de la lumière.

Composants mineurs de l'atmosphère

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. C'est la couche où se produisent :
• les phénomènes météorologiques (nuages, pluies...)
• les mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux (convection thermique, 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).

La composition de l'atmosphère terrestre la rend relativement transparente aux rayonnements électromagnétiques dans le domaine du spectre visible. 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 électromagnétiques.

Parmi ces phénomènes, les plus notables sont les arcs en ciel et les mirages.

La couleur du ciel diurne, quant à elle, est due à la variation de l'absorption du rayonnement solaire en fonction de la longueur d'onde. Des couleurs inhabituelles s'observent cependant lors des aurores polaires (aurores boréales ou australes), qui résultent de l'interaction entre les particules du vent solaire et la haute atmosphère.

Les premières mesures de l'atmosphère actuelle se sont d'abord déroulées au sol, en plaine puis au sommet des montagnes. En 1648, le beau-frère de Blaise Pascal, Florin Périer constate sur le Puy de Dôme que la pression atmosphérique diminuait avec l'altitude prouvant ainsi la pesanteur de l'air. Au XIX siècle, le progrès scientifique 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.