L'atmosphère ne se limite pas au domaine dans lequel flottent les nuages et se déroulent les phénomènes météorologiques. Si la moitié de sa masse totale (évaluée au millionième de celle de la Terre) se situe au-dessous de 5 km et 99 % au-dessous de 30 km d'altitude, il reste encore à 100 km de l'air soumis à l'attraction terrestre.

L'atmosphère protège la vie contre les agressions extérieures. Les dangereuses particules énergétiques éjectées par le Soleil sont piégées dans les ceintures de la magnétosphère ; leur présence se manifeste par la luminescence des aurores polaires. Les fragments de roches extraterrestres sont freinés dans la haute atmosphère ; ils se consument en engendrant des étoiles filantes ou des météores. Les rayonnements ultraviolets nocifs sont absorbés lors de réactions photochimiques ; la fragile couche d'ozone stratosphérique joue un rôle essentiel pour la vie sur la Terre.

Histoire.

La composition de l'atmosphère s'est profondément modifiée au cours des temps. Il y a près de 4,7 milliards d'années, elle était essentiellement constituée d'hydrogène et d'hélium. Une forte proportion de ces gaz légers s'est rapidement échappée. Avec l'échauffement de l'intérieur du globe, des éruptions volcaniques ont produit une atmosphère secondaire, surtout constituée de vapeur d'eau, de gaz carbonique et d'azote. La température a progressivement décru, l'eau s'est condensée en pluies et le gaz carbonique a formé des carbonates dans les océans nouvellement apparus. Il y a 3,5 milliards d'années, des formes aquatiques de vie primitive s'y développaient et la production biologique de l'oxygène débutait avec la photosynthèse. Peu à peu se construisait l'atmosphère nécessaire aux formes de vie actuelles.

Structure.

Il est d'usage de stratifier l'atmosphère en zones, désignées par le suffixe -sphère, dans lesquelles un paramètre (température, etc.) reste constant ou varie de façon monotone (comme dans la troposphère, par exemple) ; ces zones sont séparées par des surfaces désignées par le suffixe -pause (tropopause entre troposphère et stratosphère). Cela permet de différencier une succession de strates en fonction de critères thermiques, chimiques ou électromagnétiques. On distingue ainsi, selon l'altitude : la troposphère (0 à 12 km environ), la stratosphère (de 12 à 50 km), la mésosphère (de 50 à 85 km), la thermosphère (de 85 à 500 km) et l'exosphère (au-delà de 500 km).

Ces couches, qui ont une certaine masse, reposent les unes sur les autres ; ainsi, la pression croît lorsque l'altitude décroît. Au sol, la pression atmosphérique standard est de 1 013 hectopascals (hPa), avec des décroissances ou croissances sensibles dans les dépressions ou les anticyclones. À 3 km, elle est voisine de 700 hPa et, à 8 km, elle n'est plus que de 360 hPa. Elle est de 1 hPa à 50 km et de 0,000 4 hPa à 100 km d'altitude... ce qui correspond à 400 000 milliards de molécules par centimètre cube.

Circulation atmosphérique générale.

L'atmosphère terrestre est divisée en vastes cellules approximativement homogènes dans le sens horizontal, appelées masses d'air. On en distingue quatre grandes par hémisphère (arctique, polaire, tropicale, équatoriale), séparées par des fronts (arctique, polaire, convergence intertropicale), qui se déplacent dans le cadre général de la circulation atmosphérique. Celle-ci est imposée par des facteurs cosmiques (radiations solaires), planétaires (états de l'atmosphère, rotation de la Terre), géographiques (répartition des continents, zones forestières, zones couvertes de glace). Elle se traduit par des mouvements en longitude, en latitude, ascendants et descendants. En altitude, de forts courants d'ouest (jet-streams) séparent, dans chaque hémisphère, la circulation dépressionnaire circumpolaire et la circulation anticyclonique subtropicale. En surface, les anticyclones subtropicaux émettent les alizés du nord-est (hémisphère Nord) et du sud-est (hémisphère Sud) et les vents d'ouest des latitudes moyennes ; dans les régions polaires, des hautes pressions se substituent aux basses pressions d'altitude et dirigent les coulées polaires vers de plus basses latitudes.