La Planète bleue

Publié le par Gérard

image du globe Terrestre crée par Reto Stockli avec Alen Nelson.
http://rsd.gsfc.nasa.gov/rsd/bluemarble/BlueMarble1Kx1K.jpg

    Cette image a nécessité la contribution de 3 satellites: les nuages avec NoAA-GOES, les océans par SeaWIFS et le sol fut calculé à partir des données de l'instrument de NOAA/AVHRR. Les nuages furent photographiés le 9 septembre 1997 à 17h45 UTC. Tandis que pour les satellites ce fut pendant 10 jours pour NOAA et 18 jours pour SeaWIFS, car ils balaient une petite largeur de Terre. Voir aussi la Terre et la Lune .

    Il a fallu 90% du temps de la Terre pour fabriquer les premiers poissons, 9,9% du temps restant pour les transformer et 1°/°° du temps pour arriver à l'homme.

  1. Naissance

     La Terre a fini de se solidifier 50 à 70 millions d'années après la formation du Système Solaire. Où plus exactement , après l'impact de l'astéroïde qui contribua à la création de la Lune, en arrachant une partie du manteau terrestre. C'était il y a 4,51 milliards d'années. C'est en mesurant la quantité de Xénon du basalte océanique, que les géophysiciens de l'Institut de Physique du Globe de Paris sont arrivés à cette datation. Pour Claude Allègre, ancien ministre de la Recherche, cela indiquerait que l'atmosphère de la Terre serait issue du dégazage des volcans primordiaux.

  1. Présentation

  Appelée planète bleue ou planète océan, c'est la 3ième planète du Système Solaire. Bien qu'elle soit une planète tourmentée, elle est la seule à posséder la vie.

  Boule liquide, possédant une fine croûte solidifiée, elle est la planète que nous connaissons le mieux et pourtant elle est l'une des plus compliquées à étudier. Aussi pour la comprendre, il faut tout d'abord étudier les mondes simples, bien qu'ils soient tous différents. En étudiant les autres planètes nous pourrons mieux protéger la nôtre.

      Mis à part Europe (satellite de Jupiter), elle est la seule à être couverte aux 3/4 du liquide le plus précieux: l'eau.

    Elle possède 3 satellites dont le plus important, à qui nous devons notre existence: la Lune. Les 2e et 3e  viennent d'être découverts. Leurs noms: Cruithne et 2002 AA29. Cruithne est un astéroïde, connu aussi sous le n° 3753 ou 1986 TO, de 5 km de diamètre. Il aurait été capturé il y a quelques centaines d'années. Verrouillé momentanément sur une orbite en résonance 1:1 avec la Terre, sa stabilité serait assurée pour quelques milliers d'années seulement (5 000 ?). D'autres astéroïdes ont été découverts.

  1. Caractéristiques

  • Diamètre: 12 756 km à l'équateur et 12 704 km aux pôles (Soleil: 1 391 000 km).

  • Aplatissement : 1/298,257

  • Volume  :  elle peut contenir 50 Lune, mais le Soleil peut contenir 1 300 000 Terre.

  • Distance au Soleil: 

  • mini 147,1 millions de km (le 2 janvier)

  • maxi 152,1 millions de km (le 5 juillet). 

Cela représente une variation de 7% sur le rayonnement reçu. Compte tenu de son inclinaison, sur son axe de rotation, et de cette variation de distance au Soleil, dans l'hémisphère nord les étés sont plus frais et les hivers plus chauds que dans l'hémisphère sud où c'est l'inverse, avec des étés plus chauds et des hivers plus froids.

      Si la Terre avait la taille d'une bille ( 9 mm ) , alors le Soleil serait une grosse boule de 1m, placé à 108 m.

  • Inclinaison: 23°26' ce qui provoque les saisons et les inégalités de la longueur du jour aux latitudes différentes de l'équateur.

  • Epaisseur de la croûte: 30 à 50 km sous les continents et 10 km sous les mers. Elle représente la seule partie solide, soit 1% de l'ensemble.

  • Croûte océanique: du basalte

  • Croûte continentale: du granite

  • Epaisseur du manteau : 2 900 km  de magma liquide sur lequel flotte les continents.

  • Densité : 5,5 g/cm³

  • Masse : 5,976. 1024 kg ( Soleil = 2. 1030 kg) cela représente 6 milles milliards de milliards de tonnes.

  • Vitesse autour du Soleil : 30 km/s soit 102 000 km/h et 2,2 millions de km par jour.

  • Rotation: Elle tourne sur elle-même en 23h56mn04s091 . C'est le jour sidéral, prenant les étoiles en référence. C'est plus compliqué avec le jour solaire ( qui prend le Soleil en référence) car la rotation varie tous les jours, la Terre ayant une orbite elliptique et un axe de rotation incliné. En 1 an, il y a 1 jour d'écart entre le jour sidéral et le jour solaire. Quant à sa rotation autour du Soleil , elle est de 365j6h9min9,5s pour l'année sidérale (prenant les étoiles en référence) et de 365j5h48min45,975s pour l'année tropique (prenant en compte le passage à l'équinoxe de printemps).

Elle tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre. Ainsi, les fusées en décollant vers l'est, peuvent bénéficier de l'apport de la vitesse de rotation de la Terre (460m/s).

D'autre part nous pesons plus lourds en allant vers l'ouest et nous sommes plus légers en allant vers l'est.

Si elle s'arrêtait de tourner, il lui faudrait,  pour tomber sur le Soleil, 2mois 3j 16h 37mn 26s si elle n'a pas explosé avant. Rassurez-vous, ce n'est que de la théorie de fiction.

  • Précession : elle est due aux actions combinées d' une mauvaise sphéricité, du Soleil et de la Lune. Sa durée est de 26 000 ans entraînant une variation lente de l'axe de rotation, qui, pointe actuellement vers l'étoile polaire, dans 7 600 ans , Aldébaran sera l'étoile polaire et dans 14 000 ans, ce sera Véga ( Lyre ).

  • Vitesse d'évasion : 11,2 km/s soit 40 000 km/h.

  • Vitesse de satellisation: 7,8 km/s soit 28 000 km/h.

  • Vitesse pour aller dans le Système solaire : 16 km/s soit 60 000 km/h.

  • Vitesse pour aller vers le Soleil: négative de 30 km/s soit 108 000 km/h dans le sens opposé à la rotation..

  • Température moyenne: 12°5 C, en hausse par suite de l'effet de serre : 

    • - mini : - 90°C au pôle sud 

    • - maxi : 70°C

  • Age : 4,554 milliards d'années.

  • Pesanteur ou gravité : 9,81 m. s-2 ou 980 gals, le gal correspond à une accélération de 1 cm. s-². En réalité, elle est de 9,78049 à l'équateur et de 9,83221 aux pôles.

         Un corps lâché, acquiert une vitesse de 9,81 ms au bout de 1 seconde (35 km/h), de 19,6 ms (70 km/h) au bout de 2 secondes, etc...

         Les effets de la pesanteur se font ressentir jusqu'à une altitude de 120 km. C'est le plancher des satellites.

          A 200 km, les effets ne se font plus sentir à courte  échéance (quelques jours). Dans une cabine spatiale, la flamme d'une bougie va s'éteindre, par suite de l'absence de gravité. L'air chaud, qui ne peut pas s'élever, va étouffer la flamme.

    Eratosthène

Alexandrie Syene sur le globe terrestre.

    Comment peut-on mesurer le tour de la Terre sans en faire le tour? Il suffit de mesurer une distance, donc une portion de la circonférence de la Terre ou arc de cercle, en degrés. Puis on cherche combien de fois cet arc de cercle est compris dans la circonférence de 360 degrés. Il suffit alors de multiplier le nombre de fois par sa longueur. C'est ce que fit un grec d'Alexandrie, Eratosthène (-275,-193), vers 230 avant J.C. Il est l'auteur de la première détermination du rayon terrestre qui nous soit parvenue. Eratosthène était alors bibliothécaire de la fabuleuse bibliothèque d'Alexandrie, au Nord de l'Egypte.

 

 

distance Syène - Alexandrie 7,2°    Pour trouver le diamètre de la Terre il observa qu'à midi au solstice d'été (premier jour de l'été), à Syène (ville aujourd'hui disparue, proche de l'actuelle Assouan), le Soleil éclairait le fond d'un puits ; l'astre du jour était au zénith, c'est-à-dire le point le plus élevé dans le ciel (au-dessus de la tête de l'observateur). Or, le même jour à la même heure, à Alexandrie, le Soleil passait nettement au Sud du zénith : l'obélisque de cette ville y projetait en effet vers le Nord une ombre bien mesurable. L'écart à la verticale, mesuré aussi précisément que possible, est de 7,2 degrés; ceci peut s'évaluer facilement en mesurant la longueur de l'ombre de l'obélisque, sa hauteur étant par ailleurs connue. Lorsque 2 droites sont parallèles les angles alternes internes sont égaux. Lorsqu'on en connaît un, l'on connaît l'autre. Ainsi pour une hauteur de 22 m et une ombre portée de 2,8m cela donne un angle de: arctg 2,8/22 = 7,2°. Comme la distance de Syène à Alexandrie était de 5000 stades soit 787,5 km ( 1 stade = 157,5 m), Eratosthène en déduisit très simplement la longueur de la circonférence terrestre : 50 fois cet arc de cercle (360°/7,2° = 50), soit 250 000 stades (pour l'époque) ou 39 375 km (pour aujourd'hui. 

    Ainsi 230 av J.C., on savait que la Terre était ronde. Il faudra ensuite attendre plus de mille ans pour que la vérité triomphe.

retour au méridien

  1. Couple Terre-Lune

   Voici une des  photos prises, à des millions de km, par la sonde Near lorsqu'elle se servit de la Terre comme tremplin gravitationnel pour rejoindre l'astéroïde Eros. Cela se passa le 23 janvier 1998. La sonde survola la Terre à 540 km, à l'aplomb de l'Iran. 

   On distingue parfaitement le pôle Sud, car c'est l'été australe, ainsi que l'Australie. On comprend aussi pourquoi les croissants de Terre et de Lune sont identiques, la lumière du Soleil venant de la même direction pour les deux astres. 

   Et n'oublions pas que 380 000 km séparent les 2 astres.

Credit: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASA

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap980129.html

 

 

Le couple Terre Lune vue par la sonde Near

 

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/9801/earthmoon_near_big.jpg

Voir aussi la Terre à 5 milliards de km.

 

messenger_terre-lune.jpg
http://messenger.jhuapl.edu/news_room/images/Earth-Moon_nolabels.jpg

  Le couple vue par la sonde Messenger sur sa route vers Mercure. Elle s'apprête à survoler la Terre le 2 août 2005 pour une assistance gravitationnelle qui la réinjectera, avec un accroissement de vitesse, sur une orbite qui la mettra sur le chemin de Mercure. La sonde était à 29,6 millions de km. La Lune était à 400 563 km de la Terre. Nous remarquons nettement les nuages entre l'Amérique du Nord et celle du Sud.

  La sonde a été lancé le 3 août 2004. Elle doit encore survoler 2 fois Vénus pour arriver autour de Mercure en 2011. N'oublions pas que pour se diriger vers l'intérieur du Système solaire il faut freiner, car un véhicule quittant la Terre se trouve en orbite autour du Soleil à la vitesse de 30 km/s. Il est plus difficile d'aller vers Mercure que vers Jupiter.

 

Vers la Lune

  1. Atmosphère

      La Terre est entourée d'une enveloppe protectrice, qui la protége des agressions du cosmos ( rayons cosmiques, vent solaire) et a permis à la vie répartition des gaz de l'airde s'y développer. La masse de cette couche est évaluée au 1/1 000 000 ème de la masse de la Terre; 1l d'air = 1 g. Cette couche représente  le 1/1 000 du rayon, soit une feuille de cigarette sur une boule liquide de 10 cm de diamètre.

    L'atmosphère est principalement composée d'azote  (N2, 78%), d'oxygène (O2, 21%) et d'argon (Ar, 1%). Une myriade d'autres composés très influençables sont aussi présents  dont de la vapeur d'eau (H2O - 0,7%), des gaz à effet de serre: Ozone (O3 - 0,01%)et du dioxyde de carbone (CO2 - 0,03%). 

  1. Pression atmosphérique :

    Au niveau de la mer, elle varie de 950 à 1050 hectopascals. Le standard est de 1033,6 hp (760 mm de hauteur de mercure) à 15,5°C, dans un tube en verre, vide d'air,  dont la base à une surface de 1 cm². La pression du mercure est en équilibre avec celle de l'air.

  La densité du mercure est de 13,6 g par cm³. D'où pour un volume de 76 cm³ (76cmX1cm²) : 13,6 X 76 = 1 033,6 g ou hecto-pascals, le pascal (10mg par mm²) étant l'unité de pression, l'hectopascal est son multiple et il a pris la place du millibar (1g par cm²).C'est ainsi que 1033 mb sont devenus 1033 hecto-pascals. La coutume, dans certaines professions, veut que l'on parle toujours de 1kg par cm² ou 1 bar.

  La décroissance de la couche d'air en fonction de l'altitude, est de 1 hecto-pascal tous les 8,50 m, mais elle est liée à la température de l'air, qui n'est pas constante. La moitié de la pression atmosphérique se situe à une altitude de 5000m, à 10000m, il ne reste plus que 10% et à 30 km, 99% se trouve au-dessous. Les effets se font sentir bien au-delà, à des milliers de km, car les molécules d'air ne s'arrêtent pas à des altitudes déterminées; elles s'évaporent dans l'espace, ce qui ralentit les satellites artificiels qui doivent être équipés de moteur de correction de trajectoire pour se maintenir sur la bonne orbite. Les molécules arrivent encore à les freiner.

retour à anticyclone et dépression

  1. Température de l'atmosphère:

         L'atmosphère est maintenue autour de la Terre grâce à la gravité. Mais en raison de la pesanteur, les molécules d'air doivent soutenir le poids des molécules présentes au-dessus d'elles. Ainsi la pression de l'air augmente lorsque l'altitude diminue. L'atmosphère est divisée en quatre zones basées sur la structure thermique. La transition entre une zone  et une autre (une " pause") est déterminée par le sens de variation de la température. Quand elle croît avec l'altitude, l'atmosphère est stable (résiste aux mouvements verticaux) et quand elle diminue avec l'altitude l'atmosphère est moins stable (plus enclin au mouvement vertical ).

    vue en coupe de l'atmosphère terrestre
    http://www-sage3.larc.nasa.gov/solar/learningindex.html

     L'atmosphère est maintenue autour de la Terre grâce à la gravité. Mais en raison de la pesanteur, les molécules d'air doivent soutenir le poids des molécules présentes au-dessus d'elles. Ainsi la pression de l'air augmente lorsque l'altitude diminue. L'atmosphère est divisée en quatre zones basées sur la structure thermique. La transition entre une zone  et une autre (une " pause") est déterminée par le sens de variation de la température. Quand elle croît avec l'altitude, l'atmosphère est stable (résiste aux mouvements verticaux) et quand elle diminue avec l'altitude l'atmosphère est moins stable (plus enclin au mouvement vertical ).

vue en coupe de l'atmosphère terrestre
http://www-sage3.larc.nasa.gov/solar/learningindex.html

  • La troposphère est la plus basse couche de l'atmosphère terrestre. Elle atteint  12 000 m et la température y descend jusqu'à - 60°C. L'air se refroidit de 6,5 à 7°C, en moyenne, par km. Elle contient 90% de la masse de l'atmosphère et presque de toute l'eau atmosphérique.  Les nuages, la pluie, et la neige se produisent dans cette région. Les mouvements verticaux déterminent les conditions météorologiques: les ascendants mènent à la formation de nuage et l'inverse, au temps passable ou ensoleillé.

  • Au-dessus, la stratosphère contient la majeure partie de l'ozone (O3, voir § suivant) de la terre, un gaz absorbant le rayonnement ultraviolet du soleil. 

  • La mésosphère arrive ensuite et s'étend jusqu'à 85 km. La température y descend à - 93°C. Les composés chimiques y sont excités par absorption de l'énergie solaire. La mésopause sépare la stratosphère de la thermosphère.

  • Au-dessus, se trouve la thermosphère qui s'étend jusqu'à 700 km. Son nom vient de l'augmentation de température, jusqu'à 1 727°C, provoquée par l'action des particules solaires sur les molécules de la haute atmosphère. Les réactions chimiques y sont plus rapides et plus intenses qu'au sol. Elle est aussi appelée: couche supérieure atmosphérique.

  • Puis enfin se trouve l'exosphère ou anti-chambre de l'espace. Elle s'étend très loin dans l'espace et se mélange aux particules interplanétaires. Dans cette région l'hydrogène et l'hélium sont les constituants les plus importants, mais la densité est très faible. Ils résultent de la dissociation des molécules d'eau par le rayonnement solaire. L'hydrogène, plus léger s'évade dans l'espace.

  • Tandis qu'elles se prolongent à grande distance de la terre, ces régions, appelées atmosphère moyenne, contiennent seulement 1% de la masse atmosphérique. L'air, dans le thermosphère, y est tellement diluée que la Navette et l'ISS peuvent orbiter autour de la Terre. Mais lors d'éruptions solaires, la densité augmentant les engins sont freinés. Ils perdent de l'altitude, ce qui oblige à réhausser les orbites. Dans cette région, le rayonnement solaire provoque la photo-ionisation et la photo- dissociation.

  1. Ozone O³  

  • ne pas confondre avec O4 , celui de la pollution des villes.

    C'est dans l'ionosphère que les électrons libres sont à l'origine d'une intense chimique, dont les réactions agissent sur notre biosphère. Leur densité est la plus élevée, de jour, lorsque le Soleil est calme, à 245 km, contre 310 km la nuit. Lorsque le Soleil est en crise, le jour c'est à 285 km et la nuit à 350 km. Les réactions chimiques y sont nombreuses et diverses . Elles suivent ces fluctuations.

    L'ozone, très répandu dans l'atmosphère, a sa plus grande concentration entre 15 et 40 km d'altitude. Il est fabriqué par les rayons ultra-violet (UVb) de 200 à 300 nanomètres (nm) de longueur d'onde, en provenance du Soleil. Ils sont absorbés par l'oxygène moléculaire (O²) qui, de ce fait, est dissocié en oxygène atomique (O). L'association de O² + O donne l'ozone O³. La molécule ainsi créée, entre en résonance avec les photons, modifie leur énergie et leur longueur d'onde, libère de l'énergie . L'énergie des photons transférée aux atomes, produit la luminescence, photographiée par les astronautes. La concentration d'ozone O³ est maximale vers 25 km.

   La température du milieu s'accroît pour atteindre 0°C vers 50 km. Puis décroît à nouveau pour atteindre -100°C vers 85 km.

   Au-dessus, dans la thermosphère, les U.V. (rayons ultra-violet) de longueur d'onde < 200 nm, sont absorbés. La température s'accroît alors jusqu'à 1 800°C, selon l'activité solaire, vers 700 km.

   L'absorption des UV les empêche d'atteindre le sol où, ces photons très énergétiques, cassent les molécules d'ADN qui constituent tous les êtres vivants. Il y a, notamment, apparition des cancers de la peau et cécité pour les animaux.

   L'ennemi de l'ozone O³, c'est le chlore. Il détruit ses molécules en redonnant de l'oxygène moléculaire et atomique, qui sont sans effet sur les UV.

  Et pour clore ce chapitre, ce sont les vents qui transportent dans le sens équateur (zones chaudes) vers les pôles (zones froides), le chlore issu de la pollution industrielle ou bien volcanique.

  Pour se rendre compte de la fragilité de la couche d'ozone, il faut savoir qu'elle ne ferait que 3 mm d'épaisseur, si les molécules d'ozone étaient concentrées.

retour à l'extinction de masse , éclipses , étoile (magnetar)

  1. Couleur

  Tout le monde s'est rendu compte que le ciel est bleu, mais peu de personnes savent pourquoi.

   La diffusion dans toutes les directions des différents rayonnements rencontrés au sein d'une molécule d'air, lorsqu'elle est percutée par les photons issus du Soleil, est 8 fois supérieure pour les longueurs d'onde qui concernent le bleu ( < 450 nm), que pour celles qui concernent le rouge (> 700 nm).

  1. Limite

  • Exosphère :  au-delà de 500 km : 106 particules/cm³.

  • Espace : 100 particules/cm³.

  1. Circulation

   Au sommet des nuages, le rayonnement solaire reçu atteint 1 368 Wm-2. Pour connaître ce qui arrive au sol, il faut tenir compte de l'inclinaison de la Terre et de la nuit. Aussi la constante solaire de 1 368 Ws-1 et multiplié par le rapport de surface 4pr2  de la Terre à sa section pr2 devient 342 Wm-2. D'autre part, la basse atmosphère absorbe 20% des 342 W, causée par la vapeur d'eau. D'autres processus interviennent pour réduire encore ce chiffre. Aussi, en moyenne globale, il reste 164 W de rayonnement direct et diffus absorbé et transformé en chaleur à la surface de la Terre.

insolation_adg.gif
http://www.ldeo.columbia.edu/edu/dees/ees/climate/slides/insolation_adg.gif

  L'atmosphère est dépendante de la différence d'énergie reçue à l'équateur et aux pôles. Les océans servent de régulateur en absorbant de l'énergie et en la restituant sous forme d'une évaporation intense qui crée les nuages brassés par la rotation de la Terre et cette dernière, occasionne les mouvements ascendants et descendants. Il y a un mélange des masses d'air, qui est appelé aussi turbulence.

    La chaleur fait dilater l'air, qui a alors tendance à s'élever en s'échauffant (il devient plus léger puisque dans un volume donné, la quantité de molécules diminue par suite d'une agitation moléculaire plus importante, et donc la masse s'allége). En s'élevant, il refroidit. L'air froid (plus lourd pour les raisons inverses, car l'agitation diminue) a tendance à descendre . Il y a déplacement, donc un courant. C'est le courant d'air ou vent. Il est provoqué par le déplacement de la masse d'air, occasionné par la différence de température. Pas de différence de température = pas de vent.

  1. Orages, Foudre et Plasma.

   Si l'écart est très important, le courant d'air devient très violent. Les molécules s'entrechoquent en entraînant des pertes d'électrons au sein des atomes. L'atome n'est plus neutre. Nous sommes en présence d'ions, qui vont chargés le nuage. Il sera alors positif ou négatif. Lorsque la charge devient très grande, l'isolement diminue jusqu'à obtenir une décharge brutale  vers une charge opposée, qui peut être un autre nuage ou le sol. La température de l'air ambiant s'élève instantanément provoquant une dilation brutale du volume chauffé. C'est cette violente dilatation qui provoque une compression sur nos tympans. C'est le coup de tonnerre. Les orages ont toujours lieu avec l'arrivée d'air froid qui chasse l'air chaud. Ainsi, sont générés de violents mouvements de convection, qui entraînent l'ionisation du nuage, le cumulo-nimbus. Ces nuages peuvent avoir plus de 10 000 m d'épaisseur. Lorsqu'un nuage se forme avec des ions, c'est un plasma. Il forme le phénomène bien connu de la foudre en boule.

   Même dans nos régions qui ne sont pas particulièrement foudroyées, l'orage est un phénomène banal. Bien tout le monde le redoute, on ne réalise pas le nombre de vies et de dégâts imputables à la foudre. On compte, chaque année, une dizaine de morts en France et 100 à 300 aux USA.

L'éclair est assimilable à un conducteur éphémère de plusieurs dizaines de km de long  Lors d'une décharge entre sol et nuages, le canal de foudre est assimilable à un conducteur éphémère de plusieurs dizaines de km de long, parcouru par un courant de plusieurs dizaines de milliers d' ampères pendant quelques millionièmes de secondes. Des valeurs de 100 000 ampères (100 kA) ont été enregistrées. La foudre peut atteindre avions et fusées en vol. Au décollage d' Apollo 12, le 14 nov 1969, la foudre toucha la fusée Saturne V par 2 fois, créant une belle frayeur parmi les responsables. Entre des nuages des décharges de 200 kA sont possibles.

  Au sol on note une élévation du potentiel le long des structures verticales directement atteintes par la foudre. Cette tension prend naissance par suite de la résistivité des matériaux. Pour la calculer il faut donc tenir compte des chutes résistives et selfiques. De plus, l'élévation du potentiel au point d'impact cause une circulation de courant secondaire dans les câbles, charpentes, canalisations, rails, rampes qui peuvent relier ces points.

  On constate aussi la naissance d'un champ électromagnétique, dont le temps de montée est de l'ordre de celui du courant de foudre, qui peut induire des surtensions importantes sur les câbles et structures exposées, dans un rayon de quelques kilomètres. 

   Il est fortement déconseillé de prendre une douche pendant un orage ou bien de téléphoner. Le téléviseur doit être débranché et l'antenne débranchée, mise dans un bocal posé sur le sol. J'ai moi-même vu des étincelles sortir du câble d'antenne, subi la destruction du téléviseur et pris des décharges sous la douche. Je faisais comme tout le monde, je riais des avertissements. Aujourd'hui, je sais que l'on peut être gravement brûlé. 

   Comment  ces effets sont-ils provoqués? Tout simplement la foudre étant un très puissant générateur d'électricité, elle "électrifie" l'air sur un rayon de plusieurs kilomètres autour de la décharge. Cet air électrisé cherche un point d'évacuation vers le sol. Alors si nous favorisons ce passage vers le sol en touchant un élément qui y conduit (eau sous la douche, radiateur de chauffage central, robinets, téléphone, etc...), nous établissons la liaison que l'air recherchait. C'est ainsi que nous ressentons une violent décharge.

  1. Nuages

      50% du globe sont couverts de nuages. Voici une vue, ci-dessous de l'Afrique, de Madagascar et du pôle Sud. On devine l'Inde tout à droite. Cette photo fut prise par l'équipage d'Apollo 17 en route vers la Lune

  La Terre vue par l'équipage d'Apollo 17 en route vers la Lune   

photo: NASA/JPL/CALTECH

      Voici, sur l'image ci-dessous, une description des nuages rencontrés dans l'atmosphère terrestre. Ils sont classés par genre, espèce et variété. Ne sont décrits, que les nuages les plus fréquemment rencontrés sous nos latitudes ( 40 à 60° de latitude nord).

 

vue schématique des différents nuages de l'atmosphère terrestre.

  • Cirrus :  alt de 7 000 à 12 000m et d'épaisseur: 200 à 1800m. Ces nuages ont un aspect chevelu ou/et un éclat soyeux et sont appelés "cheveux d'ange".

  • Cirrocumulus : alt de 6 000 à 10 000m et d'épaisseur: 200 à 1100m. Banc, nappe ou couche mince de nuages blancs composés de petits éléments en forme de granules ou de rides.

  • Cirrostratus : alt de 6 000 à 11 000m et d'épaisseur: 200  à 1000m. Voile nuageux transparent et blanchâtre d'aspect fibreux ou lisse couvrant partiellement ou entièrement le ciel et donnant un halo autour du Soleil.

  • Altocumulus : alt de 3 000 à 5 000m et d'épaisseur: 200 à 5000m. Banc, nappe ou couche de nuages blancs et/ou gris ayant des ombres propres, composés de lamelles, de galets, rouleaux, etc...

  • Altostratus : alt de 1 500 à 4 500m et d'épaisseur: 500 à 3000m. Nappe ou couche nuageuse, grisâtre ou bleuâtre, d'aspect strié, fibreux ou filiforme, couvrant entièrement ou partiellement le ciel et présentant des parties suffisamment minces pour laisser passer le Soleil comme à travers un verre dépoli. Il n' y a pas de halo.

  • Nimbostratus : alt de 400 à 1 800m et d'épaisseur: 1000 à 4000m. Couche nuageuse grise, souvent sombre, dont l'aspect est rendu flou par des chutes de pluie ou de neige, plus ou moins continues, qui , la plupart du temps, n'atteignent pas le sol. L'épaisseur est suffisante pour masquer complètement le Soleil.

  • Strato-Cumulus : alt de 600 à 2 500m et d'épaisseur: 300 à 1500m.Banc, nappe ou couche de nuages gris et blanchâtre, ayant presque toujours des parties sombres, composés de dalles, galets ou rouleaux, etc.. d'aspect non fibreux, soudés ou non.

  • Stratus : alt de 0 à 1 000m et d'épaisseur: 50 à 300m. Couche nuageuse généralement grise, à basse assez uniforme, pouvant donner lieu à de la bruine, des prismes de glace ou de la neige en grains. Lorsque le Soleil est visible au travers de la couche, son contour est nettement discernable. Le stratus ne donne pas de halo, sauf aux très basses températures.

  • Cumulus : alt de 500 à 2 000m et d'épaisseur: 200 à 4000m. Nuages séparés, généralement denses et à contours bien délimités, se développant verticalement en forme de mamelons, de dômes ou de tours, dont la région supérieure bourgeonnante ressemble à un chou-fleur. Les parties éclairées par le Soleil sont, le plus souvent d'un blanc éclatant.photo d'un cumylo-nimbus.

  • Cumulonimbus : alt 400 à 3 000m et d'épaisseur: 6000 à 10000m. Nuage dense et puissant en extension verticale considérable, en forme de montagnes ou d'énormes tours. Une partie au moins de sa région supérieure est généralement lisse, fibreuse ou striée, et presque toujours aplatie. Cette partie s'étale souvent en forme d'enclumes ou de vastes panaches.

 

  1. Anticyclone et dépression

  La circulation principale de l'atmosphère s'effectue de l'équateur (zone chaude) vers les pôles (zone froide), le tout étant mis en mouvement par la rotation de la Terre d'ouest en est. Cela crée donc des tourbillons qui sont appelés dépressions ou hautes pressions (anticyclone). Les mers et les continents sont les principaux acteurs des mouvements de l'air.  Les dépressions forment une cuvette et tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre apportant, à l'avant, de l'air chaud en provenance de l'équateur et laissant, à l'arrière de l'air froid en provenance du pôle Nord. La pression atmosphérique est en baisse à son approche. La tension de l'air diminue et il pleut.

  L'anticyclone forme une montagne et tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, apportant de l'air froid du pôle à l'avant et de l'air chaud de l'équateur à l'arrière. La pression atmosphérique est en hausse à son approche. La tension de l'air augmente, il fait beau. Un anticyclone, générateur de beau temps, fera toujours barrage à une dépression, synonyme de mauvais temps.

    C'est une rotation inverse dans l'hémisphère sud. 

  1. Régulateur

  Depuis quelques années, on s'est rendu compte de l'effet régulateur que joue les océans grâce à leur inertie. C'est d'autant plus vrai que l'on comprend le rôle exercé par l'eau en profondeur. Ainsi jusqu'à 100m il y a un effet immédiat, puis jusqu'à 1 000m, c'est un effet sur quelques années, et au-delà, les effets se feront sentir dans des dizaines voire des centaines d'années.

  1. Atmosphère primitive

  L'atmosphère primitive naquit de l'évaporation des roches en fusion de la jeune Terre qui se formait et des volcans qui expulsèrent des roches fondues et libérèrent les gaz prisonniers dans le manteau. Ils rejetèrent ainsi 77% d'eau, 12% de gaz carbonique, 3% d'azote, 6% d'anhydride sulfureux, etc...

  4 milliards d'années furent nécessaires pour que le taux d'oxygène soit suffisamment élevé (2%) afin de faire obstacle au rayonnement ultraviolet du Soleil et permettre à la vie d'éclore hors de l'eau.

  1. L'intérieur

    Bien que  le diamètre la Terre fut connu des grecs, ce n'est qu'au tournant du 20ème siècle que les scientifiques furent capables de déterminer que notre planète se composait de trois couches principales: croûte, manteau et noyau. Cette structure peut-être comparée à celle d'un oeuf. La croûte, la couche extérieure, est rigide et très mince comparée aux deux autres. Sous les océans, l'épaisseur change peu, se prolongeant généralement  à environ seulement 5 kilomètres. L'épaisseur de la croûte sous des continents est beaucoup plus variable, mais en moyenne elle fait  environ 30 kilomètres ; sous les grands massifs, comme les Alpes ou l' Himalaya, elle peut s'étendre, depuis la base de la croûte, jusqu'à 100 kilomètres. Elle est fragile comme la coquille de l'œuf.

Vue en coupe de la Terre.

http://pubs.usgs.gov/publications/text/inside.html

 

  Au-dessous de la croûte s'étend le manteau, une couche dense et chaude de roche semi-solide faisant approximativement 2 900 kilomètres d'épaisseur. Le manteau, qui contient plus de fer, de magnésium et de calcium que la croûte, est plus chaud et plus dense parce que la température et la pression à l'intérieur de la terre s'élèvent plus on se rapproche du centre.  Comparé à l'œuf, le manteau serait le blanc. Au centre  se trouve la dernière couche, appelée le noyau, qui est presque deux fois plus dense que le manteau parce que sa composition est métallique (alliage de fer et de nickel) plutôt que pierreuse. À la différence du jaune d'œuf, le noyau de la Terre se compose réellement de deux parties distinctes: un noyau externe liquide de 2 200 km kilomètres d'épaisseur et un noyau  intérieur plein de 1 250 kilomètres de rayon. Pendant que la terre tourne, le noyau externe liquide tourne autour du noyau interne solide, mais pas à la même vitesse, créant le champ magnétique de la terre, à l'instar d'une dynamo où une partie mobile tourne autour d'une partie fixe en provoquant un courant électrique. Voir § 14.

    Sans surprise, la structure interne de la Terre influence la tectonique de plaque. La partie supérieure du manteau est plus froide et plus rigide que la partie plus profonde; elle se comporte comme la partie supérieure. Elles forment ensemble une couche de roche rigide appelée la lithosphère (du grec lithos pour la pierre). La lithosphère tend à être plus mince sous les océans et dans des régions continentales de volcanisme actif. Faisant en moyenne au moins 80 kilomètres d'épaisseur, une grande partie de la surface terrestre, la lithosphère, a été cassée dans sa partie supérieure, donnant naissance à des plaques mobiles supportant les continents et les océans.

    Les scientifiques pensent qu'au-dessous de la lithosphère existe une
zone relativement étroite et mobile, dans le manteau, appelée l'asthénosphère (du grec asthenes pour faible). Cette zone se composerait de matière chaude et semi-solide pouvant se ramollir et couler après avoir été soumise à de hautes températures et pressions, au cours des temps géologiques (millions d'années). Il est possible que la lithosphère rigide, flotte ou bouge sur l'asthénosphère, qui circule lentement.

  1. Noyau

 Ce dessin nous montre une coupe de la Terre où apparaît le noyau métallique (rayon de 1216 km) composé de fer, nickel, d'uranium et de thorium. Ces derniers métaux coupe de la Terre augmentent la température par leur radioactivité, autant que le fait la pression, soit 6 000°C. Sa densité est de 13,5. A l'intérieur de cette enveloppe en fusion, un noyau solide de fer a été découvert, lors de mesures sur la propagation d'ondes sismiques.

    Il faut savoir que la radioactivité transforme 1 kg d'uranium en dégageant 230 cal/an et 1 kg de thorium, 65 cal/an. Au bout de 4,57 milliards d'années, il reste 500g d'uranium et 500g de plomb. Le thorium a une durée de vie 3 fois supérieure à celle de l'uranium. Une roche sera productrice de chaleur, selon sa contenance en matériaux radioactifs, ces derniers étant entraînés vers le centre de la planète en raison de leur forte densité. C'est la conductivité thermique des roches, qui draine la chaleur vers la surface. Quand la masse augmente, la quantité de chaleur croit comme le cube de la taille (4/3pR3), alors que les possibilités d'évacuation vers la surface, seulement comme le carré (surface), d'où une élévation de température, entraînant la fluidité de la matière et ainsi le renouvellement permanent des continents.

   Pour la petite histoire,  la Terre se refroidirait complètement en 330 milliards d'années.

http://denali.gsfc.nasa.gov/research/mag_field/conrad/main.html

Le noyau est incliné à 11 degrés. Son pôle nord magnétique se situe au pôle sud géographique. Mais le sens s'inverse fréquemment ( 171 inversions en 76 millions d'années et des dizaines de fois au cours des 10 000 dernières années.

 La chaleur et la rotation de la Terre, donnent un mouvement permanent de la matière en fusion . Ceci, conjugué avec une inclinaison différente entre les axes magnétiques( noyau ferreux) et de rotation, donne le magnétisme par effet dynamo.

    Le champ magnétique terrestre est une combinaison de 3 sources:

  • 97 - 99 % champ principal (issu du champ électrique du noyau externe)

  • 1 - 2 % champ de la croûte (issu des roches magnétisées de la croûte)

  • 1 - 2 % champ externe (des particules ionisées au-dessus de la Terre)

    Le champ principal est proche du dipôle et varie  approximativement de 30 000 nT (nanoteslas) près de l'équateur à 60 000 aux pôles. Sa variation séculaire est de 1% par an. 

    Le champ externe varie sur des échelles de temps allant de quelques secondes à plusieurs jours, principalement provoqué par des interactions solaires et pour des fractions d'intensité du nT à plusieurs milliers.

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  1. Les continents

le Gondwana  Les plaques, qui forment les continents, flottent sur le magma. C'est la tectonique. Elles se déplacent, se chevauchent, s'enfoncent, s'entrechoquent en donnant des tremblements de Terre ( des dizaines par an).  Il y a 300 millions d'années, les continents étaient rassemblés en n'en formaient qu' un seul: laPangée, qui se sépara plus tard en  Gondwana (ci-contre) et Laurasie. Il y a 70 millions d'années, l'Inde était au large de l'Afrique du Sud. Elle a dérivé ensuite vers le Nord pour percuter la plaque eurasienne et former l'Himalaya (ci-dessous). Durée de vie d'un continent: 200 à 250 millions d'années. 

Le Mont  Everest ou Qomolongma Feng

Cliquez sur une photo.

 

L'Inde, l'himalaya et le plateau tibétain.
Photo 1

Le Mont Everest au centre.
Photo 2

Gros plan sur le Mont Everest.
Photo3 

 Photo 1: http://eol.jsc.nasa.gov/education/Everest/Page1/STS17-120-23m.jpg

    Nous regardons l'Ouest. A droite, la plaine du Gange (Inde), à gauche le plateau tibétain (Chine). Sur la droite de l'Himalaya et a gauche du plateau tibétain se trouve la vallée du Brahmapoutre. Le Mont Everest se trouve dans le cercle jaune en bas de la photo. Proche de l'horizon, au niveau de la dérive de la Navette, se trouve la faille de Karakoram, identique à la faille de San Andréas, en Califormie. Les 2 lacs visibles sont le Mapam Yumco et le La'nga Co. Leur surnom est "poire" et "champagne".

Photo 2: http://eol.jsc.nasa.gov/education/Everest/Page0/STS099-735-46m.jpg

    L'ISS est sur une orbite Nord-Ouest/Sud-Est, à 400 km d'altitude et défile à la vitesse de 8 km/s. Ceci ne donne qu'une seule seconde aux astronautes pour localiser et photographier le Mont Everest, qui se trouve au centre de la photo, au fond d'une vallée formant le bras gauche d'un V.

 Photo 3: http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NewImages/Images/ISS004E8852_everest.jpg

   Lors de la mission STS099, l'astronaute Dan Bursch, membre de l'équipe n°4 à bord de l'ISS, photographia le Mont Everest en mars 2002. Cette image détaillée de la plus haute montagne du monde (8 888 m), nous montre au lever du Soleil, la face Est, Kangshung . Les montagnes semblent jaillir de la photo car la prise de vue fut faite avec un Soleil rasant et un objectif de 800 mm. Le mont Everest se trouve au fond du bras gauche d'une vallée en forme de V. Il se compose de 2 pics: l'Everest et le pic sud (100 m plu bas).

 Pour en savoir plus sur l'Everest: http://eol.jsc.nasa.gov/education/Everest/Page0/main0.htm


  Aujourd'hui, les Amériques s'éloignent de nous à raison de 7 cm par an et le Mont-Blanc s'élève de quelques cm par an par suite de la percussion de l'Italie avec l'Europe (naissance des Alpes). Ceci explique les fréquents tremblements de terre en Italie du Nord.

    Un phénomène peu connu, l'Afrique a fermé le détroit de Gibraltar, il y a 5 à 6 millions d'années. La méditerranée s'est évaporée en 1000 ans. Le niveau des eaux restantes, très salées par suite de la forte concentration de sel, s'est trouvé 3000 m au-dessous de son niveau antérieur. C'est ce qui explique l'existence des dômes de sel retrouvés au fond de la Méditerranée actuelle. Puis, 1 million d'années plus tard, le détroit fut libéré, alors une cascade de 3000 m, des eaux issues de l'Atlantique, a rempli la mer pendant 1000 ans. Le débit fut estimé à 100 fois l'Amazone.

  Pendant longtemps les scientifiques se sont demandés pourquoi existait-il une analogie entre les paysages de glaciers et des régions du Sahara. Aujourd'hui l'on sait que l'Afrique était au Pôle Sud. Donc il a neigé au Sahara et des glaciers y ont existé. Il y eut 2 ères glaciaires. L'une il y a 650 millions d'années (fin du Précambrien) et l'autre il y a 200 millions d'années (fin de la période d'Ordovicienne). A cette époque la calotte glacière était centrée sur le golfe de Guinée et débordée sur l'Amérique du Sud qui était soudée à l'Afrique. Les traces laissées par les glaciers sont nombreuses et bien conservées. On voit encore les traces d'un grand fleuve qui charriait des eaux glaciales, il y a 450 millions d'années. Au carbonifère, il y a 280 millions d'années, le Mozambique et l'Afrique du Sud abritaient le Pôle Sud. L'historique de la migration du champ magnétique a permis de confirmer ces observations. Certains chercheurs pensent que l'axe de rotation de la Terre devait être beaucoup plus incliné qu'aujourd'hui, modifiant du même coup l'ensoleillement de la Terre. Mais le rôle de la Lune a dû modérer cette inclinaison, pour d'autres.

  Dans 200 millions d' années, la Mer Rouge sera devenue un immense océan et la Méditerranée, un petit golfe de cet océan.

 

 

 

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