Composition de l’atmosphère
L’atmosphère est généralement considéré comme formant un système gazeux contenant principalement de l’azote, de l’oxygène, de l’argon, du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. A côté de ces constituants majoritaires, qui représentent plus de 99,5% de la masse de l’atmosphère, coexistent une multitude d’autres composés minoritaires : molécules, atomes ou radicaux dont les concentrations, exprimées en partie par millions, voire en partie par milliards (ou sous multiples), peuvent avoir une influence considérable sur l’équilibre chimique ou radiatif de notre atmosphère.
Le tableau ci-dessous résume succinctement le pourcentage en volume des principaux constituants de l’atmosphère. L’azote, l’oxygène et les gaz rares sont présents dans ces concentrations depuis des millions d’années.
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Bien que l’atmosphère soit principalement constituée de gaz, elle contient néanmoins de la matière condensée. Les tempêtes dans le désert, le blizzard hivernal aux pôles attestent de la capacité de notre planète à produire des quantités significatives de phases condensées liquide ou solide appelés plus couramment les aérosols. Un aérosol est une particule liquide ou solide en suspension dans l’air. Les plus importantes particules liquides en suspension sont les gouttelettes d’eau qui constituent d’une manière très générale les hydrométéores. Pour les particules solides, outre l’état condensé de l’eau sous forme de glace, l’air contient des corps en suspension très divers, provenant pour la plupart de la surface de la terre. Il existe également de la matière condensée hétérogène à la fois liquide et solide. C’est le cas des aérosols marins. Dans les basses couches de l’atmosphère, les aérosols ont une influence sur le bilan radiatif et agissent sur le climat et sur la formation des nuages. Ils interviennent dans les processus de transfert de matière entre les océans et l’atmosphère, dans le transport à longue distance et les mécanismes de dépôt par voie sèche et humide.
Stratification de l’atmosphère
La structure de l’atmosphère telle que nous la connaissons maintenant a presque été entièrement découverte au vingtième siècle. Après bien des controverses, la nomenclature la plus généralement admise actuellement fut recommandée par l’Union Internationale de Géophysique à Helsinki en 1960.
La limite basse de la troposphère n’est pas la surface de la terre, mais la couche limite. C’est la région de l’atmosphère où les mélanges des émissions à la surface du sol sont fortement turbulents et non homogènes. Cette couche est comprise entre 0.5 et 2 km suivant les régions et les saisons. Ces turbulences augmentent sensiblement les vitesses de mélange, les processus d’oxydation ou les dépôts acides. Après quelques jours, les constituants primaires et secondaires atteignent la troposphère libre où les mélanges passent de l’échelle locale à l’échelle globale.
La division de l’atmosphère en couches est fondée sur l’évolution de la température. Les limites de couches dépendent de la latitude et des saisons. A l’équateur, en effet, l’atmosphère est chaude et humide et les nuages montent régulièrement jusqu’à des altitudes élevées. La tropopause équatoriale sera parfois haute de 16 km avec une température de 180 à 190 K. Aux pôles, par contre, l’air froid et sec ne manifeste pas les mêmes ascendances qu’à l’équateur, et les caractéristiques principales de la stratosphère sont présentes à des altitudes beaucoup plus basses. En effet, la tropopause polaire ne sera située qu’à environ 8 km.
