Cycles Externes - Atmosphère

François Gheusighef@aero.obs-mip.fr

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Vue de l’épaisseur de l’atmosphère

Fraction de la masse totale de l’atmosphère au-dessous de l’altitude z

Pression (hPa) M0,z / M0,∞ Altitude z (km)

500 50% 5,5

250 75% 10,5

100 90% 16

10 99% 30

1 99,9% 50

10-8 99,999999999% 500

M0,z / M0,∞ = ( P0 – P(z) ) / P0

Rétention des gaz atmosphériques pas les planètes

La vitesse d’agitation thermique d’un gaz dépend de sa masse molaire et de la température (droites sur le graphe – attention ! les échelles en abscisse et ordonnées ne sont pas linéaires !)

En outre chaque planète est repérée par sa température de surface (abscisse) et sa vitesse d’échappement (ordonnée).

Un gaz est retenu par une planète à condition que sa vitesse d’agitation ne dépasse pas la vitesse d’échappement de la planète, soit sur le graphe lorsque la droite caractérisant le gaz passe sous la planète.

Les planètes géantes gazeuses (en haut à droite) peuvent garder tous les gaz, y compris le plus léger, l’hydrogène.

La Lune et Mercure (en bas à gauche) ne peuvent en retenir aucun.

Quelques caractéristiques des atmosphères planétaires du système solaire :

Planètes telluriques

Vénus Terre Mars Terre

sans viePression au sol (bar)

92 1 0,0007 70

Température au sol (°C)

~ 460 -90 à +50

-70 à 0 chaud !

Composants principaux

CO2 (96,5%)

N2

N2 (78%)

O2 (21%)

CO2 (95%)

N2

CO2 (99,8%)

N2

Quelques caractéristiques des atmosphères planétaires du système solaire :

Planètes géantes gazeuses

Jupiter Saturne Uranus Neptune

Pression au « sol » inconnue, très élevéeTempérature (°C)

partie sup. de l’atm. -145 -133 -223 -193

Composants principaux

H2 (82%)

He (17%)

H2 (93%) H2 H2

Evolution du dioxygène, de l’ozone et de la vie sur Terre

Structure verticale de l’atmosphère

Une aurore polaire dans la thermosphère, vue depuis la navette spatiale

Magnétosphère terrestre

Composition de l’atmosphère terrestre actuelle

Constituant Etat Rapport de mélange (%)

N2 gaz 78,09 constituants majeursO2 gaz 20,95

Ar (argon) gaz 0,93

Eau (H20) gaz / liq. / sol. 0,33 (mais très variable !)

constituants mineurs

CO2 gaz 0,037

…

Ozone (O3) gaz 0,000001

…

Evolution du CO2 et de la température depuis 1000 ans

Evolution de la température moyenne depuis 1000 ans

Augmentation de l’ozone troposphérique depuis 130 ans

Le spectre électromagnétique (1)

Le spectre électromagnétique (2)

Loi de Planck Loi de déplacement

de Wien

Spectres de Planck à T=300K (Terre) et T=6000K (Soleil)

Spectres de Planck à T=300K (Terre) et T=6000K (Soleil)

Une graduation verticale correspond à une multiplication par 10.La puissance du rayonnement solaire (par unité de surface) est environ 10 millions de fois plus forte que celle du rayonnement terrestre.

Le spectre réel du Soleil comparé à celui du corps noir

Absorption du rayonnement solaire et terrestre par différents gaz atmosphériques

Bilan radiatif moyen de l’atmosphère

(% de l’intensité du rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère)

Principe de l’effet de serre

Contributions relatives à l’effet de serre

Température moyenne en fonction de la latitude

Pression moyenne en fonction de la latitude

Vent moyen en fonction de la latitude

Circulation générale de l’atmosphère (1)

Circulation générale de l’atmosphère (2)

Bilan radiatif moyen en fonction de la latitude

Energie solaire absorbée par le système Terre + Atm.

Rayonnement IR émis par ce système vers l’espace

Bilan radiatif

+ +- -

Principe de représentation du champ de pression en isobares ou isohypses

Exemple de carte d’isobares (hPa) au niveau de la mer

Exemple de carte d’isohypses (dam) à 500 hPa