Sciences de la Terre

objectifs de la leçon

• énumérez les principales couches de l’atmosphère et leurs températures.
• expliquez pourquoi tous les temps ont lieu dans la troposphère.
• discutez de la façon dont la couche d’ozone protège la surface des rayonnements nocifs.,

Vocabulaire

• aurore
• exosphère
• inversion
• ionosphère
• magnétosphère
• la mésosphère
• couche d’ozone
• vent solaire
• stratosphère
• gradient de température
• la thermosphère
• troposphère

Introduction

L’ambiance est à plusieurs niveaux, qui correspondent à la façon dont l’atmosphère, les changements de température avec l’altitude. En comprenant la façon dont la température change avec l’altitude, nous pouvons en apprendre beaucoup sur le fonctionnement de l’atmosphère., Alors que le temps a lieu dans la basse atmosphère, des choses intéressantes, telles que la Belle Aurore, se produisent plus haut dans l’atmosphère.

température de l’Air

Pourquoi l’air chaud hausse (Figure ci-dessus)? Les molécules de gaz sont capables de se déplacer librement et si elles ne sont pas confinées, comme elles le sont dans l’atmosphère, elles peuvent prendre plus ou moins de place.

• lorsque les molécules de gaz sont froides, elles sont lentes et ne prennent pas autant de place., Avec le même nombre de molécules dans moins d’espace, la densité de l’air et la pression de l’air sont plus élevées.
• lorsque les molécules de gaz sont chaudes, elles bougent vigoureusement et prennent plus de place. La densité de l’air et la pression de l’air sont inférieures.

l’air plus chaud et plus léger est plus flottant que l’air plus froid au-dessus, donc il monte. L’air plus frais s’enfonce alors, car il est plus dense que l’air en dessous. C’est la convection, qui a été décrite dans le chapitre tectonique des plaques.

la propriété qui change le plus avec l’altitude est la température de l’air., Contrairement au changement de pression et de densité, qui diminuent avec l’altitude, les changements de température de l’air ne sont pas réguliers. Un changement de température avec la distance est appelé gradient de température.

l’atmosphère est divisée en couches en fonction de la façon dont la température dans cette couche change avec l’altitude, le gradient de température de la couche (Figure ci-dessous). Le gradient de température de chaque couche est différente. Dans certaines couches, la température augmente avec l’altitude et dans d’autres, elle diminue. Le gradient de température dans chaque couche est déterminé par la source de chaleur de la couche (Figure ci-dessous).,

La plupart des processus importants de l’atmosphère se déroulent dans les deux couches les plus basses: la troposphère et la stratosphère.,

Troposphère

La température de la troposphère est la plus élevée près de la surface de la Terre et diminue avec l’altitude. En moyenne, le gradient de température de la troposphère est de 6,5°C par 1 000 m (3,6°F par 1 000 pi.) d’altitude. Quelle est la source de chaleur pour la troposphère?

la surface de la Terre est une source majeure de chaleur pour la troposphère, bien que la quasi-totalité de cette chaleur provienne du Soleil. La roche, le sol et l’eau sur Terre absorbent la lumière du Soleil et la renvoient dans l’atmosphère sous forme de chaleur., La température est également plus élevée près de la surface en raison de la plus grande densité de gaz. La gravité plus élevée fait augmenter la température.

notez que dans la troposphère, l’air plus chaud est sous l’air plus frais. Quelle en est la conséquence selon vous? Cette condition est instable. L’air chaud près de la surface monte et l’air frais plus haut dans la troposphère s’enfonce. Donc l’air dans la troposphère n’beaucoup de mélange. Ce mélange fait varier le gradient de température avec le temps et le lieu., La montée et le naufrage de l’air dans la troposphère signifie que tout le temps de la planète a lieu dans la troposphère.

parfois, il y a une inversion de température, la température de l’air dans la troposphère augmente avec l’altitude et l’air chaud se trouve au-dessus de l’air froid. Les Inversions sont très stables et peuvent durer plusieurs jours, voire plusieurs semaines. Les Inversions se forment:

• sur terre la nuit ou en hiver lorsque le sol est froid. Le sol froid refroidit l’air qui se trouve au-dessus, ce qui rend cette basse couche d’air plus dense que l’air au-dessus.
• près de la côte où l’eau de mer froide refroidit l’air au-dessus., Lorsque cet air plus dense se déplace à l’intérieur des terres, il glisse sous l’air plus chaud au-dessus de la terre.

comme les inversions de température sont stables, elles emprisonnent souvent les polluants et produisent des conditions atmosphériques malsaines dans les villes (Figure ci-dessous).

Au sommet de la troposphère se trouve une fine couche dans laquelle la température ne change pas avec la hauteur., Cela signifie que l’air plus frais et plus dense de la troposphère est piégé sous l’air plus chaud et moins dense de la stratosphère. L’Air de la troposphère et de la stratosphère se mélangent rarement.

stratosphère

Les Cendres et le gaz d’une grande éruption volcanique peuvent éclater dans la stratosphère, la couche au-dessus de la troposphère. Une fois dans la stratosphère, il y reste suspendu pendant de nombreuses années car il y a si peu de mélange entre les deux couches. Les pilotes aiment voler dans les parties inférieures de la stratosphère parce qu’il y a peu de turbulence de l’air.,

Dans la stratosphère, la température augmente avec l’altitude. Quelle est la source de chaleur pour la stratosphère? La source de chaleur directe pour la stratosphère est le Soleil. L’Air dans la stratosphère est stable parce que l’air plus chaud et moins dense repose sur l’air plus frais et plus dense. En conséquence, il y a peu de mélange d’air dans la couche.

La couche d’ozone se trouve dans la stratosphère entre 15 et 30 km (9 à 19 miles) d’altitude. L’épaisseur de la couche d’ozone varie selon la saison et de la latitude.,

la couche d’ozone est extrêmement importante parce que le gaz d’ozone dans la stratosphère absorbe la majeure partie du rayonnement ultraviolet (UV) nocif du Soleil. Pour cette raison, la couche d’ozone protège la vie sur Terre. La lumière UV à haute énergie pénètre dans les cellules et endommage L’ADN, entraînant la mort cellulaire (que nous connaissons comme un mauvais coup de soleil). Les organismes sur Terre ne sont pas adaptés à une forte exposition aux UV, qui les tue ou les endommage. Sans la couche d’ozone pour refléter les rayons UVC et UVB, la vie la plus complexe sur Terre ne survivrait pas longtemps (Figure ci-dessous).,

la Mésosphère

les Températures dans la mésosphère diminuent avec l’altitude. Parce qu’il y a peu de molécules de gaz dans la mésosphère pour absorber le rayonnement du Soleil, la source de chaleur est la stratosphère ci-dessous. La mésosphère est extrêmement froide, surtout à son sommet, environ -90°C (-130°F).

l’air dans La mésosphère est extrêmement faible densité: 99,9% de la masse de l’atmosphère est en dessous de la mésosphère., En conséquence, la pression atmosphérique est très basse (Figure ci-dessous). Une personne voyageant à travers la mésosphère subirait de graves brûlures causées par la lumière ultraviolette, car la couche d’ozone qui fournit une protection UV se trouve dans la stratosphère en dessous. Il n’y aurait presque pas d’oxygène pour respirer. Plus étrange encore, le sang d’un voyageur non protégé bouillirait à la température normale du corps parce que la pression est si basse.

thermosphère et au-delà

la densité des molécules est si faible dans la thermosphère qu’une molécule de gaz peut parcourir environ 1 km Avant d’entrer en collision avec une autre molécule. Comme si peu d’énergie est transférée, l’air est très froid (Figure ci-dessus).

dans la thermosphère se trouve l’ionosphère., L’ionosphère tire son nom du rayonnement solaire qui ionise les molécules de gaz pour créer un ion chargé positivement et un ou plusieurs électrons chargés négativement. Les électrons libérés voyagent dans l’ionosphère sous forme de courants électriques. En raison des ions libres, l’ionosphère présente de nombreuses caractéristiques intéressantes.

la nuit, les ondes radio rebondissent sur l’ionosphère et retournent sur Terre. C’est pourquoi vous pouvez souvent prendre une station de radio AM loin de sa source la nuit.,

Les ceintures de rayonnement de Van Allen sont deux zones en forme de beignet de particules hautement chargées situées au-delà de l’atmosphère dans la magnétosphère. Les particules proviennent des éruptions solaires et volent vers la Terre sur le vent solaire. Une fois piégés par le champ magnétique terrestre, ils suivent les lignes de force magnétiques du champ. Ces lignes s’étendent au-dessus de l’Équateur jusqu’au pôle Nord et également au pôle Sud, puis reviennent à l’Équateur.,

lorsque des tempêtes solaires massives provoquent une surcharge des ceintures de Van Allen en particules, le résultat est la caractéristique la plus spectaculaire de l’ionosphère — les aurores nocturnes (Figure ci-dessous). Les particules spiralent le long des lignes de champ magnétique vers les pôles. Les particules chargées dynamisent les molécules d’oxygène et d’azote gazeux, les faisant s’allumer. Chaque gaz émet une couleur de lumière particulière.

Il n’y a pas de véritable limite extérieure à l’exosphère, la couche la plus externe de l’atmosphère; les molécules de gaz deviennent finalement si rares qu’à un moment donné, il n’y en a plus. Au-delà de l’atmosphère se trouve le vent solaire. Le vent solaire est composé de particules à grande vitesse, principalement des protons et des électrons, se déplaçant rapidement vers l’extérieur du Soleil.

Cette vidéo est très approfondie dans sa discussion des couches de l’atmosphère., Rappelez-vous que la composition chimique de chaque couche est presque le même, sauf pour la couche d’ozone qui se trouve dans la stratosphère (8a): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

KQED: éclairer les aurores boréales

à quoi ressemblerait le champ magnétique terrestre s’il était peint en couleurs? Il devrait ressembler à l’aurore! Cette vidéo de quête se penche sur l’Aurore, qui fournit des indices sur le vent solaire, le champ magnétique terrestre et l’atmosphère terrestre. En savoir plus sur: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

résumé de la leçon

• Les caractéristiques de l’atmosphère changent avec l’altitude: la densité diminue, la pression atmosphérique diminue, les changements de température varient.
• différents gradients de température créent différentes couches dans l’atmosphère.
• la couche la plus basse est la troposphère où se trouvent la plupart des gaz atmosphériques et toute la météo de la planète. La troposphère est chauffée à partir du sol, de sorte que la température diminue avec l’altitude. Parce que l’air chaud monte et que l’air frais coule, la troposphère est instable.,
• Dans la stratosphère, la température augmente avec l’altitude. La stratosphère contient la couche d’ozone, qui protège la planète des rayons UV nocifs du Soleil.

examinez les Questions

1. expliquez en détail pourquoi l’air chaud monte.
2. pourquoi la température de l’air ne change-t-elle pas uniformément avec l’altitude? Donner des exemples.
3. décrivez comment le sol agit comme source de chaleur pour la troposphère. Quelle est la source d’énergie et qu’advient-il de l’énergie?
4. Quelle est la stabilité d’une inversion et pourquoi? Comment se forme une inversion?,
5. Phoenix, Arizona, est une ville dans le désert du Sud-ouest. Les étés sont extrêmement chauds. Les journées d’hiver sont souvent assez chaudes, mais les nuits d’hiver peuvent être assez froides. En décembre, les inversions sont assez courantes. Comment se forme une inversion dans ces conditions et quelles sont les conséquences d’une inversion pour cette ville tentaculaire et dépendante de la voiture?
6. pourquoi l’air de la troposphère et de la stratosphère ne peut-il pas se mélanger librement?
7. Quelle est la source de chaleur pour la stratosphère? Comment cette chaleur est-elle absorbée?
8. décrire la création et la perte d’ozone dans la couche d’ozone. L’un se produit – il plus que l’autre?,
9. comment et où sont créées les « étoiles filantes”?
10. pourquoi le sang d’un voyageur non protégé bouillonnerait – il dans la mésosphère?

autres Lectures/Liens supplémentaires

• NASA, le mystère de L’Aurore:http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

Points à considérer

• Comment l’énergie solaire crée-t-elle les couches de l’atmosphère?
• Comment l’énergie solaire crée – t-elle le temps?
• Qu’arriverait – il à la vie sur Terre s’il y avait moins d’ozone dans la couche d’ozone?