Transfert de chaleur dans l’atmosphère
La chaleur se déplace dans l’atmosphère de la même façon qu’elle se déplace à travers la Terre solide ou un autre milieu. Ce qui suit est un examen de la façon dont la chaleur circule et est transférée, mais appliquée à l’atmosphère. Le rayonnement est le transfert d’énergie entre deux objets par des ondes électromagnétiques. La chaleur rayonne du sol dans la basse atmosphère.
En conduction, la chaleur se déplace des zones les chaudes vers les zones les moins chaudes par contact direct. Les molécules plus chaudes vibrent rapidement et entrent en collision avec d’autres molécules voisines, transférant leur énergie. Dans l’atmosphère, la conduction est plus efficace à basse altitude où la densité de l’air est plus élevée; transfère la chaleur vers le haut à l’endroit où les molécules sont plus écartées ou transfère la chaleur latéralement d’un endroit plus chaud à un endroit plus frais, où les molécules se déplacent moins vigoureusement.
Le transfert de chaleur par le mouvement de matériaux chauffés est appelé convection. La chaleur qui rayonne du sol déclenche des cellules de convection dans l’atmosphère.
Chaleur à la surface de la Terre
Environ la moitié du rayonnement solaire qui frappe le haut de l’atmosphère est filtrée avant d’atteindre le sol. Cette énergie peut être absorbée par les gaz atmosphériques, réfléchie par les nuages ou dispersée. La diffusion se produit lorsqu’une onde lumineuse frappe une particule et rebondit dans une autre direction.
Environ 3% de l’énergie qui frappe le sol est renvoyée dans l’atmosphère. Le reste est absorbé par les roches, le sol et l’eau, puis rayonné dans l’air sous forme de chaleur. Ces longueurs d’onde infrarouges ne peuvent être vues que par des capteurs infrarouges.
Parce que l’énergie solaire pénètre continuellement dans l’atmosphère terrestre et à la surface du sol, la planète devient-elle plus chaude? La réponse est non (bien que la section suivante contienne une exception) parce que l’énergie de la Terre s’échappe dans l’espace par le haut de l’atmosphère. Si la quantité qui sort est égale à la quantité qui entre, la température globale moyenne reste la même. Cela signifie que le bilan énergétique de la Terre est en équilibre. Que se passe-t-il si plus d’énergie entre que n’en sort? Si plus d’énergie sort que ce qui entre?
Dire que le bilan énergétique de la Terre est équilibré c’est ignorer un point important. La quantité d’énergie solaire entrante est différente à différentes latitudes. Où pensez-vous que le plus d’énergie solaire se retrouve et pourquoi? Où finit le moins d’énergie solaire et pourquoi?
La différence d’énergie solaire reçue à différentes latitudes entraîne la circulation atmosphérique.
| Douce journée | Angle du soleil | Radiation solaire | Albédo | |
|---|---|---|---|---|
| Région équatoriale | Presque la même toute l’année | Haute | Haute | Faible |
| Régions polaires | Nuit 6 mois | Faible | Faible | Haute |
L’effet de serre
L’exception à l’équilibre de la température de la Terre est causée par les gaz à effet de serre. Mais il faut d’abord expliquer le rôle des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les gaz à effet de serre réchauffent l’atmosphère en emprisonnant la chaleur. Une partie du rayonnement thermique du sol est piégée par les gaz à effet de serre dans la troposphère. Comme une couverture sur une personne endormie, les gaz à effet de serre agissent comme une isolation pour la planète. Le réchauffement de l’atmosphère à cause de l’isolation par les gaz à effet de serre est appelé effet de serre. Les gaz à effet de serre sont la composante de l’atmosphère qui modère les températures de la Terre.
Les gaz à effet de serre comprennent le CO2 , H2O, le méthane, O2, les oxydes nitreux (NO et NO2 ) et les chlorofluorocarbures (CFC). Tous sont une partie normale de l’atmosphère à l’exception des CFC. Le tableau ci-dessous montre comment chaque gaz à effet de serre pénètre naturellement dans l’atmosphère.
| Gaz à effet de serre | D’où ça vient |
|---|---|
| Gaz carbonique | Respiration,éruptions volcaniques, décomposition du matériel végétal;Brûlage des énergies fossiles |
| Méthane | Décomposition du matériel végétal dans certaines conditions, réactions biochimiques dans l’estomac |
| Protoxyde d’azote | Produit par des bactéries |
| Ozone | Processus atmosphériques |
| Chlorofluorocarbures | Pas d’origine naturelle; fait par les humains |
Différents gaz à effet de serre ont différentes capacités de piéger la chaleur. Par exemple, une molécule de méthane emprisonne 23 fois plus de chaleur qu’une molécule de CO2 . Une molécule de CFC-12 (un type de CFC) emprisonne 10 600 fois plus de chaleur qu’une molécule de CO2 . Pourtant, le CO2 est un gaz à effet de serre très important car il est beaucoup plus abondant dans l’atmosphère. L’activité humaine a considérablement augmenté les niveaux de nombreux gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les niveaux de méthane sont environ 2 1/2 fois plus élevés en raison de l’activité humaine. Le dioxyde de carbone a augmenté de plus de 35%. Les CFC n’existent que récemment.
Que pensez-vous qu’il se passe lorsque les niveaux de gaz à effet de serre dans l’atmosphère augmentent? Plus de gaz à effet de serre retiennent plus de chaleur et réchauffent l’atmosphère. L’augmentation ou la diminution des gaz à effet de serre dans l’atmosphère affecte le climat et les conditions météorologiques dans le monde entier.
