L'énergie solaire reçue par la Terre est responsable des phénomènes météorologiques. Le rayonnement solaire qui arrive sur Terre entraîne les mouvements des masses d'air (à l'origine du vent) et les mouvements des masses d'eau (à l'origine des courants marins). Les activités humaines, sources de pollution, ont des incidences sur ces phénomènes.
Le rayonnement solaire
L'énergie produite par le Soleil atteint la Terre. Le rayonnement solaire est la quantité d'énergie solaire reçue sur une surface ou en un temps donné. Comme la Terre est ronde, le rayonnement solaire est plus important au niveau de l'équateur qu'aux pôles, ce qui entraîne une variation des températures de la surface de la Terre, des eaux et de l'air.
Rayonnement solaire
Le rayonnement solaire est la quantité d'énergie du Soleil reçue sur une surface (W/m2) et/ou en un temps donné (Wh/m2).
Le rayonnement solaire est composé de plusieurs types de rayons. Certains rayons sont filtrés ou arrêtés par l'atmosphère (ozone). Les rayons qui parviennent à la surface de la Terre sont des rayons à ondes. Les principaux rayons à ondes sont :
- les ultraviolets A et B (UVA et UVB), environ 56 % ;
- la lumière visible, environ 39 % ;
- les infrarouges (IR), environ 5 %.
À l'aide de satellites, il est possible de mesurer le rayonnement solaire reçu à la surface de l'atmosphère.
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La dynamique des masses d'air et d'eau
L'énergie du Soleil se répartit inégalement à la surface de la planète. Les variations de la quantité d'énergie solaire reçue à la surface de la Terre sont à l'origine des mouvements des masses d'air et d'eau, donc des courants d'air et d'eau.
Le mouvement des masses d'air
Suite à l'action du Soleil, de l'air chaud monte en altitude. En s'élevant, l'air se refroidit et redescend vers le sol où il va à nouveau se réchauffer. On appelle ce mouvement un courant de convection. Lorsque ce mouvement est répété, on parle de cellule de convection. Ces cellules sont à l'origine de vents.
Cellule de convection
Une cellule de convection est une région de l'atmosphère dans laquelle l'air est animé de mouvements qui montent (air chaud) et descendent (air froid). Ces mouvements forment un cycle :
- L'air chaud monte dans l'atmosphère et se refroidit.
- L'air refroidi redescend vers le sol et se réchauffe à nouveau au niveau du sol.
- L'air chaud monte de nouveau, etc.
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Le modèle de circulation générale des masses d'air comporte six cellules de convection :
- deux cellules équatoriales dans le sens direct, dites cellules de Hadley ;
- deux cellules à circulation inverse des précédentes, dites cellules de Ferrel ;
- deux cellules polaires à nouveau à circulation directe.
Ces mouvements de masses d'air :
- créent des vents de surface ;
- jouent un rôle considérable dans le cycle de l'eau, en assurant le transport d'énormes quantités de vapeur d'eau ;
- sont à l'origine du climat de diverses régions de la planète.
Vent
Un vent est une masse d'air qui se déplace. Ce déplacement est dû à plusieurs facteurs :
- aux différences de pression et de température dues à l'inégale répartition du rayonnement solaire ;
- à la force de Coriolis qui résulte de la rotation de la Terre (comme la force centrifuge).
Le mouvement des masses d'eau
Le mouvement des masses d'air entraîne le mouvement des masses d'eau superficielles. Les courants océaniques de surface suivent les mêmes trajectoires que les vents créés en surface au niveau des océans. Ils sont déviés dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Nord et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud.
Les eaux sont mises en mouvement par des vents différents :
- Les alizés, qui soufflent d'est en ouest et qui engendrent des courants marins chauds.
- Les vents d'ouest, soufflant d'ouest en est, créant des courants se déplaçant dans le même sens.
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La force de Coriolis est à l'origine des mouvements des vents créés en surface qui vont mettre en mouvement les masses d'eau.
La Terre étant sphérique et effectuant une rotation sur elle-même (d'ouest en est) :
- Toutes les particules en mouvement dans l'hémisphère Nord sont déviées dans le sens des aiguilles d'une montre.
- Toutes les particules en mouvement dans l'hémisphère Sud sont déviées dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Les alizés (soufflant des tropiques vers l'équateur) sont déviés par la force de Coriolis dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Nord, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud. C'est pour cela qu'ils soufflent d'est en ouest.
L'influence des activités humaines sur l'environnement
Les activités humaines génèrent une forte pollution de l'air et de l'eau, ce qui a des conséquences néfastes sur la planète.
La pollution de l'air
La pollution de l'air, aussi appelée pollution atmosphérique, est due aux rejets de particules fines et de certains gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Les activités humaines sont responsables de ces rejets.
Particules fines
Les particules fines sont des particules dont le diamètre est inférieur à 2,5 micromètres. Comme elles sont très petites, elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et être dangereuses pour la santé.
Quatre gaz polluants atmosphériques sont mesurés en raison de leur dangerosité pour la santé :
- le dioxyde d'azote ;
- le dioxyde de soufre ;
- le monoxyde de carbone ;
- l'ozone.
Les activités humaines sont responsables d'une augmentation de l'effet de serre.
Effet de serre
L'effet de serre est un phénomène atmosphérique naturel. Il est à l'origine d'une augmentation de la température à la surface de la Terre.
L'effet de serre permet de rendre la Terre habitable. Sans effet de serre, il ferait -18 °C en moyenne. Grâce à l'effet de serre, la température moyenne de la Terre atteint 15 °C et rend possible la présence d'eau à l'état solide, liquide et gazeux. Le sol émet un rayonnement piégé par les gaz à effet de serre (vapeur d'eau, dioxyde de carbone) : la température augmente.
L'activité humaine entraîne des rejets considérables de gaz à effet de serre :
- transports routiers ;
- chauffage au bois ;
- activités industrielles ;
- combustion d'énergie fossile, etc.
La température moyenne de la Terre augmente. Les conséquences peuvent être désastreuses si celle-ci dépasse +1,5 °C (d'après le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat ou GIEC). Les effets du changement climatique prévus à plus ou moins long terme commencent à s'observer :
- fonte des glaces ;
- montée du niveau des mers ;
- désertification ;
- phénomènes météorologiques extrêmes plus fréquents (ouragans, tempêtes, inondations, incendies, etc.) ;
- augmentation des risques sanitaires ;
- environnement modifié, destruction de la biodiversité.
Selon la NASA, la glace s'est réduite de 12 % par an depuis les années 1970, et cela n'a fait qu'empirer après 2007.
La pollution des eaux
Les activités humaines entraînent la pollution de l'eau. Des microorganismes produits lors d'activités humaines sont présents dans l'eau. Ces eaux ne peuvent pas être rejetées dans la nature, elles sont nocives pour l'environnement. Elles doivent donc être traitées : c'est l'assainissement des eaux.
Il existe plusieurs types de pollution de l'eau :
- la pollution domestique : utilisation excessive de l'eau courante conduisant à un rejet important d'eaux usées avec des microorganismes nocifs ;
- la pollution agricole : utilisation de nitrates, de phosphates et de pesticides ;
- la pollution industrielle : utilisation de matières particulièrement polluantes.
Les produits polluants peuvent décimer et rendre non comestibles des populations entières de coquillages, de crustacés et de poissons. Même à faibles doses, des perturbateurs (médicaments, pesticides, rejets industriels) peuvent modifier la reproduction et le développement de certaines espèces.
La pollution de la terre et des fleuves entraîne la pollution des mers et des océans, malheureusement aggravée par la navigation et les installations pétrolières.
Une pollution d'origine agricole et une mauvaise opération de maintenance des canalisations d'une station d'épuration de lisier serait à l'origine de la mort de dizaines de poissons.
De plus, des microorganismes comme les bactéries ou les virus sont produits lors des activités humaines et sont présents dans l'eau. Beaucoup sont inoffensifs mais quelques-uns suffisent pour rendre malade ou être nocifs pour l'environnement.
L'eau polluée doit être traitée : c'est le principe d'assainissement des eaux.
Assainissement
L'assainissement a pour objet l'évacuation des eaux usées.
Il existe deux manières d'assainir les eaux usées :
- soit par le réseau communal d'assainissement (station d'épuration) ;
- soit par une installation individuelle d'assainissement.
Cependant, on trouve encore certaines communes ou certaines industries où les structures d'assainissement des eaux usées sont insuffisantes ou inexistantes ou encore des zones communales non raccordées au réseau.
Dans la baie de Guanabara, des tests ont révélé la présence de nombreux microorganismes nocifs, qui peuvent causer diarrhées et vomissements.
Le changement climatique a aussi des répercussions sur la qualité de l'eau : les taux d'acidité des mers et océans ne cessent d'augmenter. De plus, le réchauffement global de la planète entraîne une augmentation de la température des eaux de surface. Les conditions de vie des microorganismes qui y vivent sont modifiées.
On constate des migrations très rapides du plancton. À l'origine, le plancton se trouve dans les eaux chaudes le long des côtes européennes. Aujourd'hui, on en trouve jusqu'en Islande.
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