I JO

Id.

jord Mulgrave.

Parry.

Id.

3° Dans les mers tempérées , comprises entre 3o et 70 de latitude, la température est d’autant moins décroissante que la latitude devient plus grande , et près du parallèle de 70° elle commence à devenir croissante.

Il existe par conséquent une zone pour laquelle la température est à peu près constante, depuis la superficie jusqu’à une profondeur très -grande.

Après avoir résumé dans les propositions précédentes l’ensemble des observations qui ont été faites jusqu’à présent, il reste à chercher les causes qui peuvent maintenir cette singulière distribution de la chaleur dans la masse mobile des eaux qui remplit le vaste bassin des mers.

On conçoit d’abord pourquoi la surface des eaux ne peut pas être comparée à la surface du sol , ni pour son réchauffement pendant le jour , ni pour son refroidissement pendant la nuit ; ce phénomène dépend de la mobilité du liquide , dont les molécules sont sans cesse mélangées jusqu’à une assez grande profondeur, soit par les courans qui résultent des différentes densités, soit par l’agitation des vagues. Pendant le jour, la couche superficielle s’échaude moins, parce qu’elle se refroidit par l’évaporation et parce qu’elle est bientôt refoylée par l’agitation ; pendant la nuit elle se refroidit moins, parce qu’elle se contracte en se refroidissant , et son excès de densité la ferait bientôt retomber, si le mouvement des vaguespe venait pas à chaque instant la mélanger aux couches voisines. Ainsi le réchauffement et le refroidissement sont moins sensibles, parce qu’ils se passent l’un et l’autre dans une couche plus ou moins épaisse.

L’air participe lui-même, par son contact perpétuel, à celte uniformité de température que d’autres causes tendent à maintenir à la surface des eaux.

Mais la température des couches profondes de la mer offre de très-grandes difficultés : sous l’équateur , à mille brasses de profondeur , la température est seulement de

DE LA. CHALEUR TERRESTRE. CH AP. I. 69 1

6 ou 70 5 n’csl-il pas impossible que l’eau de ces couches ait pu prendre un tel refroidissement dansces climats, puisqu a sa surface l’eau ne tombe jamais à une température plus basse que 20 ou 25“? Vers les pôles, à 700 brasses de profondeur, la température s’élève à 2 ou 3“-, n’est-il pas impossible que l’eau de ces couches ait pu prendre un tel réchauffement dans ces contrées, puisqu’à la surface, pendant la saison chaude, quand les navigateurs peuvent sillonner les mers, la température ne s’élève presque jamais au dessus de zéro ?

Ces difficultés pourraient être résolues si l’eau de mer avait, comme l’eau douce, un maximum de densité avant son point de congélation; car si ce maximum existait, et qu’il correspondit à peu près à 20 centigrades, on pourrai t remarquer qu’à profondeur égale, au dessous de la surface, l’eau des régions polaires éprouve verticalement une pression plus grande que l’eau des régions équatoriales, qu’elle doit par conséquent refouler celle-ci latéralement, pour prendre sa place. De là des courans inférieurs plus ou moins rapides apportant sous l’équateur l’eau refroidie des pôles, et comme conséquence nécessaire, des courans supérieurs reportant vers les pôles les eaux réchauffées de l’équateur. Mais à une certaine latitude, les eauxsuperficiellesayaulla température maximum de 2 à 3°, au lieu de rester à la surface, s’enfonceraient de plus en plus pour gagner les pôles, et composeraient ainsi ces couches de 2 ou 3° dont l’existence a été reconnue dans les navigations ci rcom polaires.

Mais s’il est vrai , comme les expériences très-s'oignées I de M. Erman fils tendent à l’établir* , s’il est vrai que I l’eau de mer 11’a pas de maximum de densité avant sa I congélation, alors il devient très-difficile de donner une I explication satisfaisante de la température de 2 ou 3° que I l’on observe à de grandes profondeurs dans les mers po- I laircs. On éprouve le double embarras de savoir comment

692 LIVfiE NEUVIÈME.

ces couclies ont été réchauffées et comment elles se soutiennent au fond , contre les lois de la densité. On pourrait bien sans doute recourir à d’autres hypothèses : on pourrait dire que les eaux sont chaudes, parce quelles sont échauffées par le fond de la mer, qui conserve encore la chaleur propre, qu’il lient de sa profondeur, ou bien qu’elles sont amenées par des courans impétueux qui sont, pour le fond des mers , ce qu’est le Gulf-Strcam pour leur surface. Mais au point où en est la science, les faits sont réputés inexplicables quand ils sont vaguement expliqués.

Les expériences de M. Erman fils ont donc un trèshaut degré d’intérêt, elles remettent en question le vaste problème de la distribution de la chaleur dans les eaux de la mer.

L’une des conséquences nécessaires de l’abaissement de température à la surface des eaux est la formation des glaces éternelles qui couvrent les régions polaires. Ce phénomène est l’un des plus grands que nous présente la nature, et nous devons essayer d’en donner une idée. Nous emprunterons particulièrement au capitaine Scoresby les détails dans lesquels nous pouvons entrer à ce sujet ; son ouvrage a été en quelque sorte écrit sur les lieux-, comme capitaine baleinier, il a fait douze voyages jusqu’aux plus hautes latitudes 5 et il est à la fois l’un des plus intrépides marins et l’un des plus habiles observateurs qui aient fréquenté ces mers périlleuses.

Les glaces que l’on rencontre sur les côtes du Spitzbcrg et du Groenland ont ordinairement 20 à a5 pieds d’épaisseur. Elles forment souvent des plaines immenses, dont on n’aperçoit pas les limites du haut des mâts du vaisseau; c’cst ce cpie l’on nomme des champs de glace. On peut estimer leur étendue à trois ou quatre cents lieues carrées. Un champ de glace présente quelquefois une surface parfaitement plane, sur laquelle un carrosse pourrait laire trente ou quarante lieues sans obstacle; d’autres fois il est

DE LA CHALEUR TERRESTRE. — CHAP. I. 6g3

raboteux et inégal ; on voit d'espace en espace s’élever des éminences ou des colonnes de 20 ou 3o pieds de hauteurqui formentun aspect très-pittoresque : tantôt elles ont la belle couleur bleue verdâtre des plus brillantes topazes, tantôt, recouvertes d’une neige épaisse, elles présentent sur leur sommet et à leur contour les accidens les plus variés.

Les ondulations de l’eau, le mouvement des vagues ou quelque autre cause puissante brisent un champ de glace en un instant, et le réduisent en fragmens de 100 ou 200 mètres carrés. Ces fragmens séparés se heurtent et se dispersent; mais quelquefois ils sont emportés par un courant rapide. Alors s’ils rencontrent un courant opposé entraînant les énormes débris d’un autre champ de glace, ces montagnes se choquent avec un épouvantable fracas. Un vaisseau qui se trouverait emporté dans la lutte 11e pourrait pas plus résister au choc qu’une lame de verre à une balle de mousquet. On a trop d’exemples d’affreux naufrages produits par cette irrésistible puissance. C’est par les courans de cette espèce que la mer s’ouvre aux 11avigateurs, c est quand ils ont balaye les glaces que l’on peut, dans certaines directions, aborder jusqu’aux parallèles de 70 à 80 degrés, où les baleines semblent de préférence fixer leur demeure.

Si quelques montagnes de glace sont brisées et comme pulvérisées dans ces terribles rencontres, il yen a d’autres au contraire qui prennent un nouvel accroissement et deviennent plus formidables. Les glaçons soulevés et balancés par les flots retombent les uns sur les autres; ils se superposent , ils se couvrent de fragmens plus ou moins volumineux, et composent ainsi de véritables montagnes , tecidentées de mille manières, qui s’élèvent à 20 ou pieds au dessus des eaux. L’épaisseur qui surnage est în général à la partie submergée comme 1 est à 4 ; ainsi a hauteur totale de ces montagnes est de 100 à îaopieds.

Quelquefois aussi des glaçons de 00 ou 4o mètres de

6ç)4 LIVRE NEUVIÈME.

longueur, chargés à leurs deux extrémités, s’enfoncent tout-à-fait sous les eaux à une profondeur assez grande pour que le vaisseau passe au dessus d’eux 5 mais l’équipage est alors exposé au plus affreux danger : le moindre choc, la moindre cause peut déranger l’équilibre des poids qui tiennentle glaçon submergé; alors il s’élèverait avec impétuosité et lancerait le bâtiment dans les airs, ou du moins le ferait chavirer inévitablement.

Dans la baie de Baffin on trouve des montagnes de glace beaucoup plus hautes que dans les mers du Groenland : les navigateurs en ont mesuré qui s’élevaient de plus de 100 pieds au dessus de la surface de l’eau, et qui avaient par conséquent plus de 5oo pieds de hauteur totale. On suppose que ces masses effrayantes se forment sur les côtes où elles ferment les vallées qui aboutissent à la mer, et qu’ensuite elles sont détachées soit par la pression des eaux, soit par quelque autre cause. Dans tous ces parages on voit en effet sur les côtes, des montagnes de glace taillées à pic, d’une belle couleur bleue, transparente comme l’azur du ciel, et qui s’élèvent à une hauteur prodigieuse. Dans la saisoji du soleil les eaux coulent du haut de leur crête et forment dans la mer d’immenses cascades, qui sont quelquefois surprises par les gelées. C’est alors un majestueux spectacle , mais les navigateurs le regardent di loin : en un instant ces colonnes , ces arceaux gigantesque suspendus dans les airs se brisent avec un horrible fracas et s’écroulent dans la mer.

La profondeur des eaux n’est pas très-grande dans les para ges qui avoisinent la côte occidenlaledu Spitzberg. Les ba leines en donnent souvent la mesure d’une manière incoi testable. Aussitôt qu’elles sontfrappéespar le harpouneui elles s’enfoncent verticalement sous les eaux avec une it croyable vitesse, emportant le harpon et la ligne; ma elles reviennent bientôt à la surface pour rendre le dernif soupir, et lorsqu’elles portent l’empreinte de la vase d

DE LA CHALEUR TERRESTRE, CHAP. I

fond de la mer, on peut juger que la longueur de la ligne qu’elles ont entraînée est la mesure de la profondeur. C’est environ 3 ou 4ooo pieds.

Vers le milieu de l’intervalle compris entre leSpitzberg etlacôteorientale du Groenland, on n’a pas trouvé defond à 6 ou 7000 pieds.

Le capitaine Scoresby a vu fréquemment la glace se former en pleine mer à 20 lieues des côtes. Dès que les premiers embryons des cristaux deviennent perceptibles, la mer se calme comme si l’on avait répandu de l’huile à sa surface. Ces cristaux arrivent promptement à la grosseur de 3 ou 4 pouces, et c’est alors qu’ils commencent à s’agglomérer, si le froid continue, pour former des nappes de glace plus ou moins larges, et qui ne lardent pas à avoir 1 pied d’épaisseur.

Dans ces contrées la densité de l’eau de mer est 1,026 , en état de repos elle se congèle à — 20. Les eaux qui ont été concentrées par la gelée peuvent atteindre à une densité de i,io4j alors ellesnegèlent qu’à — io°, et l’on sait que l’eau saturée de sel ne peut se solidifier qu’à, — 15°.

Le froid des régions polaires est essentiellement lié à l’étendue et à la profondeur des eaux. Si l’on conçoit, par exemple, une mer libre et profonde, sans iles ni hautsfonds, occupant toute la calotte des cercles polaires, et communiquant aux mers équatoriales par de larges issues , il est évident que les courans supérieurs et inférieurs tendraient à maintenir l’équilibre de température avec plus d’efficacité. Mais si au milieu de cette vaste mer on conçoit des continens ou seulement des hauts-fonds , le refroidissement qui a lieu par le rayonnement pendant la longue absence du soleil devient nécessairement très-intense , puisqu’il se fait sur une surface solide qui ne se renouvelle pas, l’air se refroidit à son tour sur ces plateaux glacés, et c’est ainsi que se produisent ces froids rigoureux qui régnent au pôle boréal.

Le voyage curieux du capitaine W eddel vers le pôle austral semble annoncer que dans ces régions la mer est beaucoup plus vaste et plus profonde que dans les régions boréales, et que même la température y est beaucoup plus douce. Dès qu’on a passé la latitude des nouvelles Orcades et des nouvelles Scbetland qui forment une barrière de glace, on arrive dans une mer libre qui paraît se prolonger jusqu’au pôle. De nouveaux voyages nous fourniront bientôt de nouvelles données sur la température de ces climats , et la théorie de la distribution delà chaleur en recevra sans doute de très-grands perfectionnemens.

65 1. De V équilibre de température de la terre. Après avoir exposé les principaux résultats des expériences sur la température du globe terrestre et de l’atmosphère qui l’enveloppe, il nous reste à indiquer, autant que nous pouvons le faire dans cet ouvrage, les principales causes qui concourent à maintenir, dans toute l’étendue de la terre, la distribution de la chaleur et l’ordre des températures que l’on y observe.

Cette grande question 11c peut être étudiée en détail sans le secours des mathématiques : c’est danslesmémoiresetles ouvrages que M. Fouriernousa laissés qu’il en faut chercher la solution 5 ces travaux sont un des plus beaux monumens de notre époque. On y reconnaît partout la main d’un grand géomètre et l’esprit pénétrant d’un génie élevé. Nous en recommandons particulièrement l’étude à ceux qui s’occupent delà physique mathématique-, car tout ce que nous avons à dire ici se réduit seulement à un examen général des causes qui modifient la température dans les divers climats, suivant les périodes des jours etdes saisons.

En discutant tous les faits connus, et en les soumettant au calcul, M. Fourier a été conduit à ces conséquences :

i° Toute la chaleur qui est au dessous de la couche que nous avons appelée couche invariable est une chaleur primitive que le globe de la terre tient de son origine }

DE LA CHALEUR TERRESTRE. — C1IAP. I. G97

2» Celle chaleur est constante et excessivement grande dans un vaste noyau central; à une certaine distance du centre elle commence à diminuer suivant des lois régulières, jusqu'à la couche de température invariable;

3° Cet équilibre intérieur que nous observons aujourd’hui change avec le temps, et il changera sans cesse jusqu’au moment où toute la chaleur primitive sera complètement dissipée par la surface; mais ces changemens s’accomplissent avec une telle lenteur qu’il faut de longues séries de siècles pour qu’ils deviennent sensibles à nos observations. Ainsi , à 200 ou 3oo mètres au dessous du thermomètre des caves de l’Observatoire de Paris, la température est aujourd’hui de 20 ou 220 ; elle tombera successivement à 19, à 18, et enfin, à 10 ou n°; mais il faudra très-long-lemps pour que le commencement de cette diminution puisse être observé ;

4° Ce flux de chaleur , qui vient des couches profondes pour s’écouler par la surface, ne peut, quelque grand qu’il soit , modifier d’une quantité appréciable ni la température moyenne de la surface elle-même, ni l’ordre des températures qui s’établissent , suivant les saisons, dans toute l’écorce de la terre supérieure à la couche invariable. M. Fouricr estime , par exemple, que la température superficielle ne peut pas en être affecté d’un trentième de degré centigrade ;

5° Enfin, les climats et l’ordre des saisons dépendent uniquement de la chaleur qui se distribue dans les couches supérieures à la couche invariable ; celte chaleur provient uniquement de l’action du soleil ; elle est accumulée pendant une partie de l’année, dissipée pendant l’autre, de manière qu’il s’établisse à la fin une exacte compensation.

Tels sont les principes généraux qu’il était nécessaire de rappeler pour comprendre la véritable influence du rayonnement que nous allons inaintpnaut examiner.

f.ïVRE NEUVIÈME.

Imaginons pour un instant que la terre, suspendue comme elle est au milieu des espaces célestes, ne soit plus chauffée ni par les rayons solaires, ni par aucun autre rayon calorique , et suivons les phénomènes qui en résulteraient.

Toutes les molécules de l’air atmosphérique, douées du pouvoir émissif comme les autres molécules matérielles, rayonneraient leur chaleur dans tous les sens et se refroidii'aient de plus en plus ; car leurs pertes ne seraient point réparées. Leur densité augmentant, elles tomberaient vers la terre, tandis que d’autres molécules monteraient pour aller se refroidir à leur tour. Et , si l’on supposait que la surface de la terre ne peut pas partager avec elles la chaleur qui lui reste, il est évident qu’après un temps plus ou moins long, toutes les couches de l’atmosphère seraient arrivées à un degré de refroidissement dont nous n’avons nulle idée.

Un phénomène analogue se produirait sur la terre : les couches de la surface rayonneraient au travers de l’atmosphère ; promptement refroidies par ces pertes non compensées, elles recevraient de la chaleur des couches inférieures , et celte chaleur reçue serait bientôt perdue par la meme voie. Ainsi, après quelque temps, ou plutôt après quelques siècles, toute la chaleur du globe de la terre, tant la chaleur centrale et primitive que la chaleur superficielle, et maintenue par le soleil, se trouverait dissipée dans l’espace 5 mais cette dissipation serait plus ou moins prompte dans les divers pays, suivant que la surface du sol serait plus ou moins rayonnante, et la conductibilité des couches inférieures plus ou moins parfaite.

Ce qui arrive en supposant que l’atmosphère et la terre ne puissent pas partager leur chaleur arriverait de même en rétablissant cette propriété de communication que l’on ne peut supprimer que par hypothèse ; car l’air pourra bien réchauffer le sol , ou le sol réchauffer l’air ; mais ,

DE LA. CHALEUR TERRESTRE. - CHAP. 1. 699

en définitive, la chaleur totale n’en sera pas moins perdue dans les espaces célestes.

Tout, sur la terre, parviendrait ainsi au froid absolu.

Rétablissons maintenant les choses telles qu’elles sont ; supprimons encore pour un instant les rayons solaires qui arrivent à la terre , mais considérons les astres innombrables qui occupent les diverses régions du ciel. Tout nous porte à croire que ces astres si éblouissans de lumière ne sont pas dépourvus de chaleur -, il y a donc probablement une certaine température dans les espaces célestes, et la terre, suspendue au milieu de ces espaces, cesserait de se refroidir lorsqu’elle en aurait pris la température, comme un corps chaud suspendu dans une enceinte quelconque cesse de se refroidir quand il a pris la température de l’enceinte.

Ainsi, abstraction faite de la chaleur solaire, le globe terrestre serait maintenu à un certain degré de chaleur qui a, sans nul doute, une grande influence sur la température des divers climats , et particulièrement sur la température des pôles. Plusieurs indications du calcul et de l’expérience tendent à prouver que cette température des espaces célestes est moindre que 5o ou 6o° au dessous de zéro.

Ces considérations nous permettront d’apprécier plus facilement l’action calorifique du soleil sur la terre; car cette action n’empèclie pas que les phénomènes dont nous venons de parler ne se reproduisent à chaque instant ; elle n’empêche pas que la terre ne se refroidisse sans cesse par son rayonnement vers les espaces célestes ; mais elle produit seulement une compensation à ce refroidissement.

Examinons d’abord ce qui se passe sur la terre , dans un pays quelconque , depuis le coucher jusqu’au lever du soleil. La cause du réchauffement n’existant plus, toute la surfa.ee du sol est abandonnée au refroidissement spontané

dont nous venons de parler. Si l’air est calme et parfaitement serein, la nuit sera froide, parce que l’air et la terre perdront par le rayonnement tout ce qu’ils peuvent perdre, et le perdront sans compensation. Si l’air est calme et brumeux, ou que le ciel soit couvert de nuages , le sol rayonne encore en vertu de son pouvoir émissif ; mais son calorique rayonnant est absorbé par l’air : il ne peut plus traverser l’épaisseur de l'atmosphère pour aller se perdre dans les espaces célestes 5 il en est de meme des couches brumeuses de l’air, alors il s’établit un échange perpétuel de chaleur entre le sol et les couches inférieures de l’atmosphère , et cette chaleur ainsi conservée à la terre lui maintient une température qui ne s’abaisse que très-lentement jusqu’au soleil levant.

Comme il ne faut qu’un brouillard très-léger pour arrêter la lumière, il ne faut non plus qu’une vapeur à peine perceptible à l’œil pour arrêter la chaleur rayonnante qui traverse toujours les corps bien plus difficilement que la lumière.

Nous avons supposé l’air parfaitement calme, parce qu’il est évident que le vent modifie les phénomènes : il a lui-même une température propre, et par son contact avec les corps il la leur communique d’une manière plus ou moins complète, suivant qu’il souille avec plus ou moins d’impétuosité.

Ces principes sur le rayonnement nocturne conduisent aux deux conséquences suivantes :

1 0 Sous des circonstances favorables ( c’est-à-dire, par un temps calme et un ciel serein ), la température, à la surface du sol , peut dans les lieux découverts s’abaisser de plusieurs degrés au dessous de la températnre des couches inférieures de l’air 5

20 Le degré d’abaissement de température des corps à leur surface sera d’autant plus grand qu’ils auront un pouvoir ppbssifplu5 grand et une conductibilité moins parfaite*

DE LA CHALEUR TERRESTflR. — CHAP. I. 7OI

Ces deux conséquences ont en effet été vérifiées par le docteur Wells, ou plutôt elles ont été découvertes par lui, à une époque où les principes du rayonnement nocturne n’étaient pas encore Lien connus. Le docteur Wells a constaté par l’expérience que les corps très rayonnans peuvent quelquefois s’abaisser de 8 ou xo° au dessous de la température de l’air, depuis le soir jusqu’au matin. Ces observations l’ont conduit à l’explication de la gelée et de la rosée, et de plusieurs autres phénomènes météorologiques, comme nous le verrons dans l’un des chapitres suivans.

Pendant le jour , le rayonnement se continuera comme pendant la nuit, mais les effets seront alors modifiés par une cause puissante. Considérons, par exemple, les phénomènes à partir du mois de janvier, qui est à Paris le mois le plus froid de l’année ; depuis le lever du soleil , si le ciel est serein , l’air et tous les corps commenceront à recevoir une compensation à leur perte ; cette compensation est croissante pendant tout le temps que le soleil s’élève sur l’horison : elle atteint son maximum un peu après midi, puis elle devient décroissante jusqu’au soir, où elle est nulle. Pour l’époque cjue nous avons choisie, la quantité de chaleur reçue par la présence du soleil sera un peu plus grande que la quantité de chaleur perdue pendant la double durée de sa présence et de son absence. Cet excédant de chaleur acquise pendant le jour sur la chaleur perdue pendant le jour et pendant la nuit va en augmentant jusqu’au mois d’aoùt, qui est en général pour Paris le mois du maximum de chaleur-, passé ce terme, le soleil reste encore plus efficace qu’au mois de février ou de mars. Mais comme la surface de la terre est à uue température plus haute, elle perd beaucoup plus par le rayonnement; et quoiqu’elle reçoive du soleil une quantité absolue de chaleur plus grande, elle va en se refroidissant; et ce quelle perd l’emporte ainsi sur ce qu’elle reçoit jusqu’au mois de janvier snjyant.