Quel est le niveau le plus bas de l'atmosphère terrestre ?
Troposphère
* Troposphère : 0 à 12 km (0 à 7 miles)
L'atmosphère terrestre est la couche de gaz, communément appelée air, qui entoure la planète Terre et est retenue par la gravité terrestre. L’atmosphère protège la vie sur Terre en absorbant le rayonnement solaire ultraviolet, en réchauffant la surface grâce à la rétention de chaleur (effet de serre) et en réduisant les températures extrêmes entre le jour et la nuit (la variation diurne de la température).
En volume, l'air sec contient 78,09 % d'azote, 20,95 % d'oxygène, 0,93 % d'argon, 0,039 % de dioxyde de carbone et de petites quantités d'autres gaz. L'air contient également une quantité variable de vapeur d'eau, en moyenne autour de 1 % au niveau de la mer, et 0,4 % sur l'ensemble de l'atmosphère. La teneur en air et la pression atmosphérique varient selon les différentes couches, et l'air adapté à la photosynthèse par les plantes terrestres et à la respiration des animaux terrestres ne se trouve que dans la troposphère terrestre et dans les atmosphères artificielles.
L'atmosphère a une masse d'environ 5,15 kg, dont les trois quarts se trouvent à environ 11 km de la surface. L'atmosphère devient de plus en plus mince avec l'augmentation de l'altitude, sans limite définie entre l'atmosphère et l'espace. La ligne Kármán, située à 100 km, soit 1,57 % du rayon de la Terre, est souvent utilisée comme frontière entre l'atmosphère et l'espace. Les effets atmosphériques deviennent perceptibles lors de la rentrée atmosphérique du vaisseau spatial à une altitude d'environ 120 km. Plusieurs couches peuvent être distinguées dans l’atmosphère, en fonction de caractéristiques telles que la température et la composition.
L'étude de l'atmosphère terrestre et de ses processus est appelée science atmosphérique (aérologie). Les premiers pionniers dans le domaine comprennent Léon Teisserenc de Bort et Richard Assmann.
Composition
Les trois principaux constituants de l'air, et donc de l'atmosphère terrestre, sont l'azote, l'oxygène et l'argon. La vapeur d'eau représente environ 0,25 % de la masse de l'atmosphère. La concentration de vapeur d'eau (un gaz à effet de serre) varie considérablement, d'environ 10 ppm en volume dans les parties les plus froides de l'atmosphère jusqu'à 5 % en volume dans les masses d'air chaudes et humides, et les concentrations d'autres gaz atmosphériques sont généralement citées dans termes d’air sec (sans vapeur d’eau). Les gaz restants sont souvent appelés gaz traces, parmi lesquels les gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde nitreux et l'ozone. L’air filtré contient des traces de nombreux autres composés chimiques. De nombreuses substances d'origine naturelle peuvent être présentes en petites quantités variables localement et selon les saisons sous forme d'aérosols dans un échantillon d'air non filtré, notamment les poussières de composition minérale et organique, le pollen et les spores, les embruns marins et les cendres volcaniques. Divers polluants industriels peuvent également être présents sous forme de gaz ou d'aérosols, tels que le chlore (élémentaire ou sous forme de composés), les composés fluorés et les vapeurs de mercure élémentaire. Les composés soufrés tels que le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de soufre (SO2) peuvent provenir de sources naturelles ou de la pollution atmosphérique industrielle.
Structure de l'atmosphère
Couches principales
En général, la pression et la densité de l'air diminuent avec l'altitude dans l'atmosphère. Cependant, la température a un profil plus complexe avec l'altitude et peut rester relativement constante ou même augmenter avec l'altitude dans certaines régions (voir la section sur la température ci-dessous). Étant donné que le modèle général du profil température/altitude est constant et mesurable au moyen de sondages instrumentés par ballon, le comportement de la température fournit une mesure utile pour distinguer les couches atmosphériques. De cette manière, l’atmosphère terrestre peut être divisée (appelée stratification atmosphérique) en cinq couches principales. À l'exclusion de l'exosphère, la Terre comporte quatre couches principales : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère. Du plus haut au plus bas, les cinq couches principales sont :
* Exosphère : 700 à 10 000 km (440 à 6 200 miles)
* Thermosphère : 80 à 700 km (50 à 440 miles)
* Mésosphère : 50 à 80 km (31 à 50 miles)
* Stratosphère : 12 à 50 km (7 à 31 miles)
* Troposphère : 0 à 12 km (0 à 7 miles)
Exosphère
L'exosphère est la couche la plus externe de l'atmosphère terrestre (c'est-à-dire la limite supérieure de l'atmosphère). Il s'étend de l'exobase, située au sommet de la thermosphère à une altitude d'environ 700 km au-dessus du niveau de la mer, jusqu'à environ 10 000 km (6 200 mi ; 33 000 000 pieds) où elle se fond dans le vent solaire.
Cette couche est principalement composée de densités extrêmement faibles d’hydrogène, d’hélium et de plusieurs molécules plus lourdes dont l’azote, l’oxygène et le dioxyde de carbone plus proches de l’exobase. Les atomes et les molécules sont si éloignés les uns des autres qu’ils peuvent parcourir des centaines de kilomètres sans entrer en collision. Ainsi, l’exosphère ne se comporte plus comme un gaz et les particules s’échappent constamment dans l’espace. Ces particules en mouvement libre suivent des trajectoires balistiques et peuvent migrer dans et hors de la magnétosphère ou du vent solaire.
L'exosphère est située trop loin au-dessus de la Terre pour qu'un phénomène météorologique soit possible. Cependant, les aurores boréales et les aurores australes se produisent parfois dans la partie inférieure de l'exosphère, où elles se chevauchent dans la thermosphère. L'exosphère contient la plupart des satellites en orbite autour de la Terre.
Thermosphère
La thermosphère est la deuxième couche la plus élevée de l'atmosphère terrestre. Elle s'étend de la mésopause (qui la sépare de la mésosphère) à une altitude d'environ 80 km jusqu'à la thermopause à une altitude de 500 -. La hauteur de la thermopause varie considérablement en raison des changements de l'activité solaire. Parce que la thermopause se situe à la limite inférieure de l’exosphère, elle est également appelée exobase. La partie inférieure de la thermosphère, de 80° au-dessus de la surface de la Terre, contient l'ionosphère.
La température de la thermosphère augmente progressivement avec l'altitude. Contrairement à la stratosphère située en dessous, où une inversion de température est due à l'absorption du rayonnement par l'ozone, l'inversion dans la thermosphère se produit en raison de la densité extrêmement faible de ses molécules. La température de cette couche peut atteindre 1 500 °C, bien que les molécules de gaz soient si éloignées les unes des autres que sa température au sens habituel du terme n'est pas très significative. L'air est si raréfié qu'une molécule individuelle (d'oxygène, par exemple) parcourt en moyenne 1 km entre collisions avec d'autres molécules. Bien que la thermosphère contienne une forte proportion de molécules à haute énergie, elle ne serait pas chaude pour un humain en contact direct, car sa densité est trop faible pour conduire une quantité importante d'énergie vers ou depuis la peau.
Cette couche est totalement exempte de nuages ​​et de vapeur d’eau. Cependant, des phénomènes non hydrométéorologiques tels que les aurores boréales et les aurores australes sont parfois observés dans la thermosphère. La Station spatiale internationale orbite dans cette couche, entre 350 et.
Mésosphère
La mésosphère est la troisième couche la plus élevée de l'atmosphère terrestre, occupant la région située au-dessus de la stratosphère et au-dessous de la thermosphère. Il s'étend de la stratopause à une altitude d'environ 50 km jusqu'à la mésopause à 80 - au-dessus du niveau de la mer.
Les températures chutent avec l'altitude jusqu'à la mésopause qui marque le sommet de cette couche intermédiaire de l'atmosphère. C'est l'endroit le plus froid de la planète et sa température moyenne est d'environ .
 
Juste en dessous de la mésopause, l'air est si froid que même la très rare vapeur d'eau à cette altitude peut être sublimée en nuages ​​noctilumineux polaires-mésosphériques. Ce sont les nuages ​​les plus hauts de l’atmosphère et peuvent être visibles à l’œil nu si la lumière du soleil se reflète sur eux environ une heure ou deux après le coucher du soleil ou une durée similaire avant le lever du soleil. Ils sont plus facilement visibles lorsque le Soleil se situe entre 4 et 16 degrés sous l’horizon. Un type d'éclair appelé sprites ou ELVES se forme parfois bien au-dessus des nuages ​​​​d'orage troposphériques. La mésosphère est également la couche où la plupart des météores brûlent lors de leur entrée dans l'atmosphère. Il est trop haut au-dessus de la Terre pour être accessible aux avions à réaction et aux ballons, et trop bas pour permettre aux engins spatiaux orbitaux. La mésosphère est principalement accessible par des fusées-sondes et des avions propulsés par fusée.
Stratosphère
La stratosphère est la deuxième couche la plus basse de l'atmosphère terrestre. Il se situe au-dessus de la troposphère et en est séparé par la tropopause. Cette couche s'étend du sommet de la troposphère à environ 12 km au-dessus de la surface de la Terre jusqu'à la stratopause à une altitude d'environ 50 to.
La pression atmosphérique au sommet de la stratosphère est environ 1/1000 de la pression au niveau de la mer. Il contient la couche d'ozone, qui est la partie de l'atmosphère terrestre qui contient des concentrations relativement élevées de ce gaz. La stratosphère définit une couche dans laquelle les températures augmentent avec l'altitude. Cette augmentation de température est causée par l’absorption du rayonnement ultraviolet (UV) du Soleil par la couche d’ozone, ce qui limite les turbulences et le mélange. Bien que la température puisse se situer à la tropopause, le sommet de la stratosphère est beaucoup plus chaud et peut être proche de 0 °C.
Le profil de température stratosphérique crée des conditions atmosphériques très stables, de sorte que la stratosphère ne subit pas les turbulences atmosphériques qui sont si répandues dans la troposphère. Par conséquent, la stratosphère est presque totalement exempte de nuages ​​et d’autres formes de temps. Cependant, des nuages ​​​​polaires stratosphériques ou nacrés sont parfois observés dans la partie inférieure de cette couche de l'atmosphère où l'air est le plus froid. Il s’agit de la couche la plus élevée accessible aux avions à réaction.
Troposphère
La troposphère est la couche la plus basse de l'atmosphère terrestre. Il s'étend de la surface de la Terre jusqu'à une hauteur moyenne d'environ 12 km, bien que cette altitude varie en réalité d'environ 9 km aux pôles à 17 km à l'équateur, avec quelques variations dues aux conditions météorologiques. La troposphère est délimitée au-dessus par la tropopause, une limite marquée dans la plupart des endroits par une inversion de température (c'est-à-dire une couche d'air relativement chaud au-dessus d'une autre plus froide), et dans d'autres par une zone isotherme avec l'altitude.
Bien que des variations se produisent, la température diminue généralement avec l'augmentation de l'altitude dans la troposphère, car la troposphère est principalement chauffée par le transfert d'énergie depuis la surface. Ainsi, la partie la plus basse de la troposphère (c’est-à-dire la surface de la Terre) est généralement la partie la plus chaude de la troposphère. Cela favorise le brassage vertical (d'où l'origine de son nom dans le mot grec τρόπος, tropos, signifiant « tour »). La troposphère contient environ 80 % de la masse de l'atmosphère terrestre. La troposphère est plus dense que toutes les couches atmosphériques qui la recouvrent, car un poids atmosphérique plus important se trouve au sommet de la troposphère et provoque sa compression la plus sévère. Cinquante % de la masse totale de l'atmosphère se trouve dans les 5,6 km (18 000 pieds) inférieurs de la troposphère.
Presque toute la vapeur d'eau ou l'humidité atmosphérique se trouve dans la troposphère, c'est donc la couche où se produit la majeure partie des phénomènes météorologiques sur Terre. Il contient pratiquement tous les types de genres de nuages ​​associés aux conditions météorologiques générés par la circulation active du vent, bien que de très hauts nuages ​​​​d'orage cumulonimbus puissent pénétrer dans la tropopause par le bas et s'élever dans la partie inférieure de la stratosphère. La plupart des activités aériennes conventionnelles se déroulent dans la troposphère, et c’est la seule couche accessible aux avions à hélices.
Autres couches
Au sein des cinq couches principales largement déterminées par la température, plusieurs couches secondaires se distinguent par d'autres propriétés :
* La couche d'ozone est contenue dans la stratosphère. Dans cette couche, les concentrations d'ozone sont d'environ 2 à 8 parties par million, ce qui est beaucoup plus élevé que dans la basse atmosphère mais reste très faible par rapport aux principaux composants de l'atmosphère. Il est principalement situé dans la partie inférieure de la stratosphère à partir d'environ 15 -, bien que son épaisseur varie selon les saisons et géographiquement. Environ 90 % de l'ozone présent dans l'atmosphère terrestre est contenu dans la stratosphère.
* L'ionosphère est une région de l'atmosphère ionisée par le rayonnement solaire. Il est responsable des aurores. Pendant la journée, il s'étend de 50 à et comprend la mésosphère, la thermosphère et des parties de l'exosphère. Cependant, l'ionisation dans la mésosphère cesse en grande partie pendant la nuit, de sorte que les aurores sont normalement visibles uniquement dans la thermosphère et l'exosphère inférieure. L'ionosphère forme le bord interne de la magnétosphère. Cela a une importance pratique car il influence, par exemple, la propagation radio sur Terre.
* L'homosphère et l'hétérosphère sont définies selon que les gaz atmosphériques sont bien mélangés. L'homosphère de surface comprend la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la partie la plus basse de la thermosphère, où la composition chimique de l'atmosphère ne dépend pas du poids moléculaire car les gaz sont mélangés par turbulence. Cette couche relativement homogène se termine à la turbopause trouvée à environ 100 km, ce qui la place à environ 20 km au-dessus de la mésopause.
Au-dessus de cette altitude se trouve l’hétérosphère, qui comprend l’exosphère et la majeure partie de la thermosphère. Ici, la composition chimique varie avec l'altitude. En effet, la distance sur laquelle les particules peuvent se déplacer sans entrer en collision les unes avec les autres est grande par rapport à l'ampleur des mouvements qui provoquent le mélange. Cela permet aux gaz de se stratifier selon leur poids moléculaire, les plus lourds, comme l'oxygène et l'azote, n'étant présents que près du fond de l'hétérosphère. La partie supérieure de l’hétérosphère est presque entièrement composée d’hydrogène, l’élément le plus léger.
* La couche limite planétaire est la partie de la troposphère la plus proche de la surface terrestre et qui en est directement affectée, principalement par diffusion turbulente. Pendant la journée, la couche limite planétaire est généralement bien mélangée, tandis que la nuit, elle devient stratifiée de manière stable avec un mélange faible ou intermittent. La profondeur de la couche limite planétaire varie d'environ 100 mètres par nuit claire et calme à 3 000 m ou plus l'après-midi dans les régions sèches.
La température moyenne de l'atmosphère à la surface de la Terre est de 14 C ou 15 C, selon la référence.
Propriétés physiques
Pression et épaisseur
La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer est définie par l'Atmosphère standard internationale comme étant de 101 325 Pa. Ceci est parfois appelé unité d'atmosphère standard (atm). La masse atmosphérique totale est de 5,1480 × 1018 kg (1,135 × 1019 lb), environ 2,5 % de moins que ce qui serait déduit de la pression moyenne au niveau de la mer et de la superficie terrestre de 51 007,2 mégahectares, cette partie étant déplacée par le terrain montagneux de la Terre. La pression atmosphérique est le poids total de l'air au-dessus de l'unité de surface au point où la pression est mesurée. Ainsi, la pression atmosphérique varie selon le lieu et la météo.
Si la masse entière de l’atmosphère avait une densité uniforme à partir du niveau de la mer, elle se terminerait brusquement à une altitude de . En fait, elle diminue de façon exponentielle avec l'altitude, diminuant de moitié ou d'un facteur de 1/e tous les , la hauteur moyenne de l'atmosphère en dessous de 70 km. Cependant, l'atmosphère est modélisée avec plus de précision avec une équation personnalisée pour chaque couche qui prend en compte les gradients de température, la composition moléculaire, le rayonnement solaire et la gravité.
En résumé, la masse de l’atmosphère terrestre se répartit approximativement comme suit :
* 50 % est inférieur à .
* 90 % est inférieur à 16 km.
* 99,99997 % est inférieur à 100 km, la ligne Kármán. Selon la convention internationale, cela marque le début de l’espace où les voyageurs humains sont considérés comme des astronautes.
À titre de comparaison, le sommet du mont Everest culmine à 8 848 m ;
les avions de ligne commerciaux parcourent généralement entre 10 et 13 km, où l'air plus raréfié améliore l'économie de carburant ; les ballons météo atteignent et au-dessus ; et le vol X-15 le plus élevé atteint en 1963.
Même au-dessus de la ligne Kármán, des effets atmosphériques importants, tels que des aurores boréales, se produisent encore. Les météores commencent à briller dans cette région, bien que les plus gros ne brûlent pas avant d'avoir pénétré plus profondément. Les différentes couches de l'ionosphère terrestre, importantes pour la propagation radio HF, commencent en dessous de 100 km et s'étendent au-delà de 500 km. À titre de comparaison, la Station spatiale internationale et la navette spatiale orbitent généralement entre 350 et 400 km, dans la couche F de l'ionosphère, où elles rencontrent suffisamment de traînée atmosphérique pour nécessiter des relances tous les quelques mois. En fonction de l'activité solaire, les satellites peuvent subir une traînée atmosphérique notable à des altitudes allant jusqu'à 700 à 800 km.
Température et vitesse du son
La division de l’atmosphère en couches principalement en fonction de la température est discutée ci-dessus. La température diminue avec l'altitude à partir du niveau de la mer, mais les variations de cette tendance commencent au-dessus de 11 km, où la température se stabilise sur une grande distance verticale à travers le reste de la troposphère. Dans la stratosphère, à partir d'environ 20 km, la température augmente avec l'altitude, en raison du réchauffement de la couche d'ozone provoqué par la capture d'un rayonnement ultraviolet important du Soleil par le dioxygène et l'ozone gazeux dans cette région. Une autre région où la température augmente avec l'altitude se produit à très haute altitude, dans la thermosphère bien nommée, au-dessus de 90 km.
Parce que dans un gaz parfait de composition constante, la vitesse du son dépend uniquement de la température et non de la pression ou de la densité du gaz, la vitesse du son dans l'atmosphère avec l'altitude prend la forme d'un profil de température complexe (voir l'illustration de droite). , et ne reflète pas les changements d'altitude de densité ou de pression.
Densité et masse
La densité de l'air au niveau de la mer est d'environ 1,2 kg/m3 (1,2 g/L, 0,0012 g/cm3). La densité n'est pas mesurée directement mais est calculée à partir de mesures de température, de pression et d'humidité à l'aide de l'équation d'état de l'air (une forme de la loi des gaz parfaits). La densité atmosphérique diminue à mesure que l'altitude augmente. Cette variation peut être modélisée approximativement à l'aide de la formule barométrique. Des modèles plus sophistiqués sont utilisés pour prédire la dégradation orbitale des satellites.
La masse moyenne de l'atmosphère est d'environ 5 quadrillions (5) tonnes, soit 1/1 200 000 de la masse de la Terre. Selon le Centre national américain pour la recherche atmosphérique, « la masse moyenne totale de l'atmosphère est de 5,1 480 kg avec une amplitude annuelle due à la vapeur d'eau de 1,2 ou 1,5 kg, selon que l'on utilise des données sur la pression de surface ou sur la vapeur d'eau ; un peu plus petite que l'estimation précédente. La masse moyenne de vapeur d'eau est estimée à 1,27 kg et la masse d'air sec à 5,1352 ±0,0003 kg."
Propriétés optiques
 
Le rayonnement solaire (ou lumière du soleil) est l’énergie que la Terre reçoit du Soleil. La Terre renvoie également des radiations vers l’espace, mais à des longueurs d’onde plus longues que nous ne pouvons pas voir. Une partie du rayonnement entrant et émis est absorbée ou réfléchie par l'atmosphère.
Diffusion
Lorsque la lumière traverse l’atmosphère terrestre, les photons interagissent avec elle par diffusion. Si la lumière n’interagit pas avec l’atmosphère, on parle de rayonnement direct et c’est ce que vous voyez si vous regardez directement le Soleil. Le rayonnement indirect est la lumière diffusée dans l’atmosphère. Par exemple, par temps couvert, lorsque vous ne pouvez pas voir votre ombre, aucun rayonnement direct ne vous atteint, tout a été dispersé. Comme autre exemple, en raison d'un phénomène appelé diffusion Rayleigh, les longueurs d'onde plus courtes (bleues) se diffusent plus facilement que les longueurs d'onde plus longues (rouges). C'est pourquoi le ciel paraît bleu ; vous voyez une lumière bleue dispersée. C'est aussi pour cela que les couchers de soleil sont rouges. Parce que le Soleil est proche de l'horizon, les rayons du Soleil traversent plus d'atmosphère que la normale pour atteindre vos yeux. Une grande partie de la lumière bleue a été dispersée, laissant la lumière rouge au coucher du soleil.
Absorption
Différentes molécules absorbent différentes longueurs d’onde de rayonnement. Par exemple, O2 et O3 absorbent presque toutes les longueurs d’onde inférieures à 300 nanomètres. L'eau (H2O) absorbe de nombreuses longueurs d'onde supérieures à 700 nm. Lorsqu’une molécule absorbe un photon, cela augmente son énergie. Cela réchauffe l’atmosphère, mais celle-ci se refroidit également en émettant des rayonnements, comme indiqué ci-dessous.
Les spectres d'absorption combinés des gaz dans l'atmosphère laissent des « fenêtres » de faible opacité, permettant la transmission de certaines bandes de lumière seulement. La fenêtre optique s'étend d'environ 300 nm (ultraviolet-C) jusqu'à la plage que les humains peuvent voir, le spectre visible (communément appelé lumière), à ​​environ 400 - 700 nm et continue vers l'infrarouge jusqu'à environ 1 100 nm. Il existe également des fenêtres infrarouges et radio qui transmettent certaines ondes infrarouges et radio à des longueurs d'onde plus longues. Par exemple, la fenêtre radio s'étend d'ondes d'environ un centimètre à environ onze mètres.
Émission
L'émission est l'opposé de l'absorption, c'est lorsqu'un objet émet un rayonnement. Les objets ont tendance à émettre des quantités et des longueurs d'onde de rayonnement en fonction de leurs courbes d'émission de « corps noir ». Par conséquent, les objets plus chauds ont tendance à émettre plus de rayonnement, avec des longueurs d'onde plus courtes. Les objets plus froids émettent moins de rayonnement, avec des longueurs d'onde plus longues. Par exemple, le Soleil mesure environ 6 000 K, son rayonnement culmine à près de 500 nm et est visible à l'œil humain. La température de la Terre est d'environ 290 K, son rayonnement culmine donc à près de 10 000 nm et est beaucoup trop long pour être visible par les humains.
En raison de sa température, l’atmosphère émet un rayonnement infrarouge. Par exemple, par temps clair, la surface de la Terre se refroidit plus rapidement que par temps nuageux. En effet, les nuages ​​(H2O) sont de puissants absorbeurs et émetteurs de rayonnement infrarouge. C’est aussi la raison pour laquelle il fait plus froid la nuit à des altitudes plus élevées.
L’effet de serre est directement lié à cet effet d’absorption et d’émission. Certains gaz présents dans l'atmosphère absorbent et émettent un rayonnement infrarouge, mais n'interagissent pas avec la lumière du soleil dans le spectre visible. Des exemples courants en sont et H2O.
Indice de réfraction
L'indice de réfraction de l'air est proche de 1, mais à peine supérieur. Des variations systématiques de l'indice de réfraction peuvent conduire à une déviation des rayons lumineux sur de longs trajets optiques. Un exemple est que, dans certaines circonstances, les observateurs à bord des navires peuvent voir d'autres navires juste au-dessus de l'horizon parce que la lumière est réfractée dans la même direction que la courbure de la surface terrestre.
L'indice de réfraction de l'air dépend de la température, ce qui donne lieu à des effets de réfraction lorsque le gradient de température est important. Un exemple de tels effets est le mirage.
Circulation
La circulation atmosphérique est le mouvement à grande échelle de l'air à travers la troposphère et le moyen (avec la circulation océanique) par lequel la chaleur est distribuée autour de la Terre. La structure à grande échelle de la circulation atmosphérique varie d'année en année, mais la structure de base reste relativement constante car elle est déterminée par le taux de rotation de la Terre et la différence de rayonnement solaire entre l'équateur et les pôles.
Evolution de l'atmosphère terrestre
Atmosphère la plus ancienne
La première atmosphère aurait été constituée de gaz présents dans la nébuleuse solaire, principalement de l'hydrogène. De plus, il aurait probablement existé des hydrures simples comme ceux que l'on trouve aujourd'hui dans les géantes gazeuses (Jupiter et Saturne), notamment la vapeur d'eau, le méthane et l'ammoniac. Au fur et à mesure que la nébuleuse solaire se dissipait, ces gaz se seraient échappés, en partie chassés par le vent solaire.
Deuxième ambiance
Les dégazages du volcanisme, complétés par les gaz produits lors du dernier bombardement intense de la Terre par d'énormes astéroïdes, ont produit l'atmosphère suivante, composée en grande partie d'azote, de dioxyde de carbone et de gaz inertes. Une grande partie des émissions de dioxyde de carbone s'est rapidement dissoute dans l'eau et a accumulé des sédiments carbonatés.
Les chercheurs ont découvert des sédiments liés à l’eau datant d’il y a 3,8 milliards d’années. Il y a environ 3,4 milliards d'années, l'azote constituait la majeure partie de la « seconde atmosphère », alors stable. L'influence de la vie doit être prise en compte assez tôt dans l'histoire de l'atmosphère, car les premières traces de formes de vie apparaissent il y a 3,5 milliards d'années. Comment la Terre à cette époque maintenait un climat suffisamment chaud pour l'eau liquide et la vie, si le Soleil primitif émettait un rayonnement solaire 30 % inférieur à celui d'aujourd'hui, est une énigme connue sous le nom de « paradoxe du jeune Soleil faible ».
Les archives géologiques montrent cependant une surface continuellement relativement chaude au cours des premiers enregistrements de température de la Terre - à l'exception d'une phase glaciaire froide il y a environ 2,4 milliards d'années. À la fin de l'Archéen, une atmosphère contenant de l'oxygène a commencé à se développer, apparemment produite par des cyanobactéries photosynthétiques (voir Grand événement d'oxygénation), qui ont été trouvées sous forme de fossiles de stromatolite datant d'il y a 2,7 milliards d'années. Les premières isotopies basiques du carbone (proportions du rapport isotopique) se rapprochent beaucoup des conditions actuelles, ce qui suggère que les caractéristiques fondamentales du cycle du carbone se sont établies il y a déjà 4 milliards d’années.
Les sédiments anciens de la République du Gabon datant d'il y a environ 2 150 à 2 080 millions d'années fournissent un enregistrement de l'évolution dynamique de l'oxygénation de la Terre. Ces fluctuations de l'oxygénation étaient probablement dues à l'excursion isotopique du carbone de Lomagundi.
Troisième ambiance
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Le réarrangement constant des continents par la tectonique des plaques influence l’évolution à long terme de l’atmosphère en transférant du dioxyde de carbone vers et depuis les grandes réserves continentales de carbonate. L'oxygène libre n'existait pas dans l'atmosphère jusqu'à il y a environ 2,4 milliards d'années lors du Grand Événement d'Oxygénation et son apparition est indiquée par la fin des formations de fer rubanées. Avant cette époque, tout oxygène produit par la photosynthèse était consommé par oxydation de matières réduites, notamment le fer. Les molécules d’oxygène libre n’ont commencé à s’accumuler dans l’atmosphère que lorsque le taux de production d’oxygène a commencé à dépasser la disponibilité des matériaux réducteurs. Ce point signifie le passage d'une atmosphère réductrice à une atmosphère oxydante. L'O2 a montré des variations importantes jusqu'à atteindre un état d'équilibre de plus de 15 % à la fin du Précambrien. La période suivante, d'il y a 541 millions d'années à nos jours, correspond à l'éon phanérozoïque, au cours de laquelle les formes de vie métazoaires cambriennes, nécessitant de l'oxygène, ont commencé à apparaître.
La quantité d'oxygène dans l'atmosphère a fluctué au cours des 600 derniers millions d'années, atteignant un pic d'environ 30 % il y a environ 280 millions d'années, soit un niveau nettement supérieur aux 21 % actuels. Deux processus principaux régissent les changements dans l'atmosphère : Les plantes utilisent le dioxyde de carbone de l'atmosphère, libérant de l'oxygène. La dégradation de la pyrite et les éruptions volcaniques libèrent du soufre dans l'atmosphère, qui s'oxyde et réduit ainsi la quantité d'oxygène dans l'atmosphère. Cependant, les éruptions volcaniques libèrent également du dioxyde de carbone, que les plantes peuvent transformer en oxygène. La cause exacte de la variation de la quantité d’oxygène dans l’atmosphère n’est pas connue. Les périodes avec beaucoup d’oxygène dans l’atmosphère sont associées à un développement rapide des animaux. L'atmosphère actuelle contient 21 % d'oxygène, ce qui est suffisamment élevé pour le développement rapide des animaux.
Le consensus scientifique est que les gaz à effet de serre anthropiques qui s’accumulent actuellement dans l’atmosphère sont la principale cause du réchauffement climatique.
La pollution de l'air
La pollution de l'air est l'introduction dans l'atmosphère de produits chimiques, de particules ou de matières biologiques qui nuisent ou gênent les organismes. L'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique est causé par la pollution de l'air, principalement due aux chlorofluorocarbones et à d'autres substances appauvrissant la couche d'ozone.
Images de l'espace
Le 19 octobre 2015, la NASA a lancé un site Web contenant des images quotidiennes de la partie entièrement ensoleillée de la Terre sur http://epic.gsfc.nasa.gov/. Les images sont prises par le Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) et montrent la Terre pendant sa rotation au cours d’une journée.