CHALEUR SOLAIRE

lion d'une Irentainc de millions de mètres cubes de charbon par seconde de temps. Ainsi groupes, ces chiffres paraîtront gigantesques ; ils sembleront au contraire assez faibles si nous les l'ëpartissons de nouveau sur la surface totale du globe, et surtout si nous les rapprochons du froid intense des espaces planétaires au milieu desquels nous sommes emportés, et de l'action exercée par l'ensemble des étoiles. En réalité, malgré l'influence du soleil, le froid serait intolérable pour nous sans l'abri qui nous est fourni par l'atmosphère.

La chaleur du soleil est très-inégalement répartie à la surface du globe. Pendant chaque période diurne, l'ardeur et l'éclat de ses rayons nous semblent s'accroître depuis le lever de cet astre jusqu'à son passage à son point le plus haut, puis s'affaiblir graduellement sur le soir. La distance du soleil jusqu'à nous reste cependant sensiblement la môme ; mais à mesui*e que ses rayons viennent frapper plus obliquement la surface de la terre, ils en couvrent une plus grande étendue et chaque unité de surface en reçoit, par cela même, une moindre quantité. Or, ce qui a lieu en un même point du globe aux différentes heures du jour, se reproduit à la même heure aux divers i

points d'un même méridien , d'un pôle à l'autre.

La figure 14 rend visible cette influence de l'obliquité. Ijes deux rayons! et F ont un égal volume; ils ont même pouvoir avant leur entrée dans l'atmosphère A; mais le second V se partage entre un plus grand nombre de points de la surface terrestre T que ne fait le premier, et son action calorifique en chaque point en est amoindrie.

La même figure nous aide à coniprendi'e une autre influence

Fig. U.

80 KtiS TKMPËlUTUhES DU GLOBK.

de rincliiiuisoii des rayons solaires, non moins iiiiporlaiile que la première. Le. rayon oblique T parcourt dans ratmosphère un chemin notablement plus allongé que le rayon normal J; «r nous avons déjà vu dans le précédent chapitre que ratmosphèri» est douée d'une transparence incomplète et qu'elle absorbe ou diiïuse dans tous les sens une assez forte proportion de la chaleur et de la lumière qui la traversent. M. Pouillet a déduit de ses expériences que, en moyenne, sur le total de la chaleur arrivant aux limites supérieures de notre atmosphère, les cinq ou six dixièmes seulement pénèlixînt directement jusqu'à nous : le reste est absorbé ou difliisé dans l'air, alors même que cet air a loules les apparences d'une sérénité parfaite. I^a perte varie licaucoup avec la longueur du trajet parcouru. Pour des rayons traversant l'atmosphère dans le sens de sa moindre épaîsscmr, la diminution est seulement de deux dixièmes au lieu de cinq bu six; elle augmente rapidement avec l'obliquité; elle devient souvent telle pour des rayons rasant la surface du sol, même dans un ciel sans nuages, «jue l'on peut, sans fatigue, fixer les yeux sur le soleil près de l'horizon, tandis que la vue n'en pourrait supporter Téclat dans le milieu du jour. Cet afTaiblissement extrême n'est ceixMidant pas constant ; il varie avec l'état de l'atmosphère.

Sous l'iniluencede l'une et d(^ l'autre des deux causes pi*écédeiites, l'atmosphère reçoit à surface égale, moins de chaleur dans les régions polaires où le soleil est toujours près de l'horizon, que dans les régions équatoriales où il monte chaque jour jusqu'à la verticale. De cette moindre (juantité de chaleur, l'atmosphère laisse encore passer une fraction plus faible vers les j)ôles que vers l'équateur.

Jusqu'à présent le rôle de Tair semble être de réduire Ja i)art de chaleur qui parvient jusqu'à nous ; nous verrons tout à l'heure que sa transparence imparfaite a pour effet, au contraire, de nous garantir contre le froid des espaces planétaires.

'influence de L'ATMOSPHÈRE SUR LES TEMPÉRATURES. 81

§ liL — InflneBce de raUMosphére mur les tc«pér«tnre»

Si les 3811*08 rayonnent de la chaleur dont une partie est reçue par la terre, la terre à son tour rayonne vers les espaces en proportion de la température à laquelle elle se trouve. Un équilibre, dont les éléments varient sans cesse, tend à s'établir entre la perle et le gain. Tantôt le gain remporte et la température monte, tantôt au contraire la perte prend le dessus et la température baisse ; mais comme en résumé la temi)érature moyenne reste la même au bout de l'année, l'équilibre finit par se produire entre les quantités totales de chaleur gagnées ou perdues. Or, dans ce mutuel échange entre la terre et les espaces planétaires, si l'atmosphère intercepte une partie des rayons à l'arrivée, elle en arrête une bien plus forte proportion à la sortie, et son rôle est tout à notre avantage.

La transparence de l'air est très-inégale pour la chaleur suivant la source d'où émane cette chaleur. Nul caractère essentiel ne sépare les diverses espèces des rayons caloriiiques ; ils diffèrent entre eux comme les sons aigus diflerent des sons graves : par la rapidité de la vibration qui les constitue. Mais des diflerences de même nature suffisent à distinguer les couleurs, et nous savons que certains verres laissent passer les rayons rouges à l'exclusion de tout autre, tandis que d'autres corps ne sont transparents que pour les rayons jaunes, etc. On conçoit que l'air puisse avoir des préférences de même nature à l'égard de la chaleur.

Celte particularité de l'air ne lui est d'ailleurs pas spéciale. La

chaleur solaire passe aisément au travers des vitres de nos ap-

ixirtements, tandis que le verre est presque complètement

opaque pour la chaleur de nos foyers ; celle-ci ne le travei'se

qu'u la manière donl elle traverse le bois, la pierre ou le fer, c'est-à-dire par voie de conductibilité toujours très-lente.

L'inégale transjiarence des corps pour la chaleur émanant de sources diverses a été rendue évidente par les expériences directes des physiciens, et en particulier de Melloni ; une de ses conséquences les plus im|)ortantes pour nous ressort de Texpérience suivante de de Saussure. On prend une boîte dont l'intérieur est tapissé par des corps mauvais conducteurs de la chaleur, tels que de la ouate ou du liège, et que Ton a recouverts d'une couche de noir de fumée pour augmenter leur pouvoir absorbant. On ferme la boite par des lames de verre ordinaia* après y avoir introduit un thermomètre, puis on l'oriente do manière que les rayons solaires frappent perpendiculairement les lames transparentes. On voit le thermomètre monter peu à peu et atteindre, même dans nos climats, une température de 60 a 80 degrés, alors que le thermomètre extérieur marque a l'ombre 15 ou 20 degrés à peine.

Un effet analogue est produit dans nos seiTes. La lumière et la chaleur solaire y pénètrent facilement ; elles y exercent leur action vivifiante sur les plantes. Ce qui n'est pas consommé ou assimilé par celles-ci, ou absorbé par l'eau qui s'y vaporise, sert à élever la température de l'air et des objets qu'il baigne. Mais en même temps une transformation s'opère dans la vibration calorifique, qui devient moins rapide ; le son baisse pour ainsi dire, la chaleur, de lumineuse, devient obscure. Les vitres dès lors font obstacle à sa sortie ; la chaleur s'accumule dans la serre jusqu'à ce que l'excès de la température intérieure sur celle du dehors ouvre d'autres voies à son écoulement.

L'atmosphère forme une véritable serre autour de la terre. Ijà chaleur solaire la traverse dans la proportion de quatre à cinq dixièmes, d'après M. Pouillet; arrivikiau contact des corps, elle s'y transforme en les échauflant ; elle devient moins habileà circuler au travers de l'atmosphère pour se perdt*o dans les espaces:

un dixième seulement de celle qui se présente à la sortie peut s'cchapjxîr.Pour que la perte soit égale au gain, il faut donc que la chaleur rayonnée par la surface du globe soit quatre ou cinq fois plus grande qu'elle ne le serait, si l'air jouissait d'un égal degré de transparence pour l'une et l'autre chaleur. Le seul moyen d'accroître le rayonnement d'un corps donné est d'élever sa température. L'atmosphère a donc pour effet d'élever dans une forte proportion la température moyenne de la surface terrestre en la protégeant contre un refroidissement trop facile.

§ IV. — Variatioa de la température avee la latltade.

L'égalité finale entre la quantité de chaleur reçue par la surface du globe et celle qu'elle perd doit exister, non-seulement j)our l'ensemble, mais encore jjour chaque partie de la surface.

liCS rayons terrestres tendent toujours à traverser l'atmosphère perpendiculairement et dans le sens de sa plus faible épaisseur, qu'ils émanent des ])ôles ou de l'équateur. Les rayons solaires, au contraire, nous airivent avec des inclinaisons trèsinégales suivant les lieux, et leur action est beaucoup plus intense dans les régions éciuatoriales qu'aux latitudes plus élevées. La surface du globe doit donc s'échauffer beaucoup plus dans celles-là que dans celles-ci .

D'une manière générale, la température décroît rapidement de l'équateur vers les pôles. La loi de décroissance est toutefois loin d'être régulière, et des [K)ints situés sur un même parallèle ont souvent des températures très-inégales» C^est que la chaleur reçue est différemment employée suivant les régions où elle tombe et que des circonstances divei'se» viennent en modifier la répartition naturelle.

Nous avons vu, chapitre il, que la mer s'échauffe moins

8i LKS TEMPÉRATURES DU GLOBE

que les continents ; que les leri^'s humides ou chargées d'une riche végétation consoinment, \n\r révaiJOration de l'eau cl par la croissimœ des plantes quelles nouiTÎsscut plus Je chaleur que les terres sèches et arides : la chaleur dis{)oiiible y élanl moins considérable, exige une moindi'e élévcition de tcmpéralui*e i)0ur s'écouler au dehors.

D'un autre côté, les vents et K's coumuls marins emportent avec eux: une notable portion de la chaleur fournie aux régions é(iuatoriales et la distribuent très-inégalement sur les r^ons tempérées et sur la zone glaciale; l'évaporation, en excès dans la zone torridc», y est aussi une cause de rafraîchissement, tandis que la condensation des vapeurs dominant aux latitudes élevées tend à échauffer ces dernières.

En tenant compte seulement de la forme de la ten'c, de l'obliquité de son axe de rotation sur le plan de l'écliptique el de l'inlluence générale exercée par l'almosphèiti sur les échanges de chaltujr entre la terre et les corps célestes, on a calculé approximativement la loi de la distiibution des températures entre l'équaleur et les [Kiles. Le calcul fait donne une température trop élevée aux régions équatoriales et une température trop basse aux régions polaires. I^es différences montrent la véritable importance des influences [)erturl)atrices et les points du globe où elles t»xercent particulièrement leur action. Par un système de conq)ensation dont on trouve de fiéquents exemples dans la nature, s'il est des régions dont la tcmpin*ature moyenne est élevée aux dépens de la chaleur tropicale par les courants aériens ou marins, il en est d'autres, au contraire, où reflet inverse est produit par les contre-courants, i-ésullat nécessaire des courants directs.

Li planche 111 nous donne une idée générale de la distribution des températures moyennes annuelles à la surface du globe.

De llumboldl oui le premier l'idée^ de tracer sur la sphère

* MniiOire sur les liaiics isollwrmcs et la distribution ilc la chaleur sur k

CAIITE DKS LIO.NKS ISOTHKKMKS

THE NEW YORK

PUBLir T.TBRARY

ASTOh i.ï N< X AND TILDEN l-OflNiJATIONS R L •

des lignes passant par les points où la température moyenne est la même. Ce travail réalise par lui-même pour un grand nombre de lieux a été continué par les météorologistes, et en particulier par M. Dove, de Berlin; il s(^ complète à mesure que les observations se multiplient. Sur la planche III sont figurées de 5 en 5 degrés les lignes d'égale température moyenne annuelle, ou ce que Ton nomme les ùotherwes (des mots grecs isoSj égal, ol thermè^ chaleur). Pour construire co^ courbes, on a réuni toutes les donnœs qu'il a été possible de se procurer sur la température des divers lieux; puis après avoir corrigé c(»s températures de Tinfluence exercée sur elles par la hauteur des lieux d'observation au-dessus du niveau de la mer, on les a inscrites sur une carte, chacune en son lieu. C'est entre ces chiffres et en seguidant sur eux qu'on a pu tracer les isotherm«*s. liCs isothermes sont, comme on voit, très-sinueuses. Chacune de leurs courbures a sa raison d'être dans les influences génél'ales énumérées d'une manière sommaire dans le précédent chapitre et dans les premières pages de celui-ci. Nous constaterons d'abord qu'il existe aux alentours de Téquateur une zone dont la température moyenne- annuelle est supérieure h 25"*; elle est comprise entre les deux lignes marquées du même chiffre -f- 25. Nous trouvons, au contraire, dans l'hémisphère nord deux régions, l'une au nçrd de l'Amérique, l'autre au nord de la Sibérie, où la température moyenne annuelle est inférieure à 15 degrés au-dessous du point de fusion de la glace : ces régions sont limitées au sud par la courbe marquée — 15. Une région semblable se rencontre dans l'hémisphère austral et y est même plus étendue que dans le nôtre, mais ses limites sont encore assez mal connues. Entre les lignes extrêmes -h 25 et — i5 embrassant une étendue de 40 degrés sur

globe, par Alexandre de Humboldt : Mt^moires de la Société (VArcueil, t. 111, 1817, et Mélanges de géologie el de physique générale f par de Huinboldt, 1855.

l'échelle Ihermométrique, nous avons tracé sept isothermes intermédiaires et de 5 en 5 degrés. Ces lignes sont très-rapprochées à la surface des continents et par suite la température moyenne y décroît rapidement de Téquateur aux pôles. L'abaissement du thermomètre est moins rapide à la surface des mers et sur les côtes qui les bordent, ainsi qu'on en peut juger par le plus grand écartement des isothermes sur ces régions.

Entre les isothermes de •+- 25* on remarque une ligne pointillée et désignée sur notre planche du nom d'équateur thermique. Ce n'est pas une isotherme, car la température moyenne n'est pas la même en tous ses points; mais elle passe par tous lès lieux où la température de chaque méridien est maximum. Cette ligne s'écarte d'une manière notable de l'équateur terrestre, particulièrement sur les deux continents. Son élévation vers le nord, dans la mer des Antilles, est duc à l'existence d'un grand courant marin qui transporte les eaux équatoriales de l'Atlantique dans les parages de ces îles, ainsi que nous l'exposons chap. V. Les déserts du Sahara, les déserts de l'Arabie et le développement de l'Asie méridionale transversalement située au nord de l'océan Indien, joints îi Texistence, dans les régions équatoriales du Pacifique, d'un courant marin analogue à celui de l'Atlantique, produisent l'inflexion vers le nord que l'on i^emarque dans la direction de l'équateur magnétique à la surface de l'Afrique et des mers de l'Inde.

L'irrégularité des lignes isothermes devient de plus en plus prononcée à mesure que l'on s'avance vers le nord ; elle paraît diminuer, au contraire, en s'approchant du pôle austral. Ijcs terres sont peu étendues dans cette dernière portion delà surface du globe, tandis qu'elles prédominent sur le pourtour du pôle lK)réiil.

On sera frappé sans doute de la conligu ration des isothermes qui, dans les latitudes moyennes, se relèvent toutes à la surface des deux océans et des terres voisines, mais particulièrement

sur les côtes ouest des continents d'Amérique et d'Europe.

Lorsque, après des tentatives éphémères en Islande et au Groenland, dit de Humboldt dans le Cofmo$ (t. I, p. 379), les habitants de la Grande-Bretagne fondèrent enfin sur le littoral des États-Unis d'Amérique, leurs premières colonies durables, les colons qui vinrent s'établir entre la Caroline du Sud et l'embouchure du fleuve Saint-Laurent, s'étonnèrent d'éprouver des hivers beaucoup plus froids que c^ux de l'Italie, de la France et de l'Ecosse placées sous les mêmes latitudes. Québec et Christiania sont en eflet à peu près sur la même ligne isotherme de 5", bien que la seconde ville soit à 12* plus au nord que la première. L'avantage en faveur des côtes ouest d'Europe est encore bien plus marqué pendant l'hiver. Ces inégalités, qu'on ne peut attribuer à la seule proximité des eaux, tiennent surtout aux courants établis à la surface des mers et dans l'atmosphère. Ces courants produits par l'inégale répartition des températures de l'équateur aux deux pôles, réagissent à leur tour sur ces températures.

En négligeant pour le moment les sinuosités des isothermes pour n'envisager que leur succession de l'équateur aux deux pôles, on comprend que l'équilibre et le repos soient impossibles dans l'air et dans l'eau . Or ces inégalités se trouvent encore exagérées à certaines époques de l'année, en particulier pendant Thiver de chaque hémisphère, d'autres se produisent périodiquement chaque jour à des degrés variables suivant les lieux, les saisons, l'état du ciel, etc. Les troubles de l'atmosphère sont plus profonds dans nos climats pendant l'hiver que pendant l'été, et dans cette dernière saison leur gravité, limitée à des localités peu étendues, est surtout produite par l'intervention d'un agent spécial, l'électricité.

§ V. — Tarlatloiiii amraellc* de teaipératwre.

L'excès de chaleur que possèdent les r^ons équatoriales, lient à ce que l'obliquité moyenne des rayons solaires y est à son minimum. Le soleil se déplaçant annuellement, tantôt vers le nord tantôt vers le sud, la région à température maximum doit se déplacer dans le même sens, sinon de quantités égales. liCs changements sont cependant peu prononcés dans les régions intertropicales, parce que les position^ extrêmes du soleil à l'heure de midi y sont peu écartées du zénith, et que les jours y conservent à très-peu près la même longueur du lever au coucher du soleil ; aussi, les saisons s'y distinguent-elles bien plus par l'inégalité des pluies que par l'inégalité des températures. Il n'en est plus de môme aux latitudes élevées ; le soleil y descend très-bas pendant l'hiver, et les jours y ont des durées trèsvariables avec les saisons. Au delà du cercle polaire, le soleil ne se couche même pas en été, mais par contre il ne s'y lève plus en hiver.

• lia figure 15 dont les éléments ont été calculés par M. Dove*, donne une idée générale de l'influence de la latitude sur la variation annuelle du thermomètre à la surface des mers. Dans cette figure, les divers mois sont représentés par un égal nombre de lignes verticales et par la première lettre de leur nom. Le mois de décembre par lequel commence d'ordinaire l'année météorologique se trouve répété à gauche et à droite du tableau, aCn de limiter les 12 intervalles mensuels. Sur chaque ligne verticale, nous avons pris une longueur proportionnelle à la température moyenne du mois correspondant, et nous avons joint par une courbe continue les extrémités de toutes ces longueurs. Chaque division horizonti^le correspond du reste à un

* Die Verltreitung der Wârme auf der Oherfliiche,... Berlin. 1852.

VARIATIONS ANNUELLES DE TEUPÉR ATURE. 8|t

degii!, et lus degrés ciu-mêmes sonl marqués de cinq en cinq. On peut donc non<seulemenl juger, d'aprte les sinuosités des courbes, de la marche générale de la température aux lieux cori-espondanls, mais encore chiffrer sa valeur pour chaque mois.

De IV^iuateur ii 10 di^rrés de latitude nord, les lem|>ératures moyennes des divers mois varient à peine de deux ou trois degrés. I,' oscillation est plus marquée fi 20* nord, plus encore à 50*, et son amplitude augmente ainsi jusque dans le voisinage des pôles. Tandis que les courbes sont Irès-rapprocbccs l'une de l'aulre pendant le mois d'août, on les voit s' écarter de quantités qui atteignent à 1 1 degrés dans te mois de janvier.

En regard de ces résultats généraux, nous plaçons dans la figure 16 les résultats oblenusen quatre lieux différents compris dans la partie nord de la zone intertropicale. Ces lieux sont : Kouka dans le Soudan en Afrique, Calcutta dans l'Asie méridionale, Mexico dans l'Amérique centrale, et HaTiaï dans l'océan Pacifique. AHawaî, la température moyenne mensuelle ne varie que de 5* (de 21' il 26*) de l'hiver A l'été ; â Mexico, la variation

estd'enTiron 8' {de H° à 19") ; h CalcuUa et à Kouka, la tbriation est d'une douzaine de degrés ; nous la verrons tout à l'heure dépasser 40 degrés.

CilniiU.

:ni)iénlun! inDjenne ù Koulii, Hiwal, CiloilU,

Là température peu élevée de Mexico, malgré le voisinage de l'équateur, tient à la grande hauteur de cette ville au-dessus du niveau de la mer. L'uniformité de la (empéralurc à Hawaï provient de ce que cette île est peu étendue et perdue au milieu d'un vaste océan. A Calcutta, la courbe commence à présenter dans les mois chauds une inflexion qui devient très-caractérîsée à Kouka. Cet abaissement de la température estivale est bien plus le résultat des pluies que d'une variation correspondante dans l'activité des rayons solaii-es par l'effet de leur obliquité.

La figure 17 nous transporte dans la zone glaciale. La terrede Boothia Félix est située dans le nord de l'Amérique septenlrionale, au delà du 72' degré. Matotschkin est encore un peu plus rapproché du pôle, mais dans la Nouvelle-Zemble, aux entré-