L'ORIGINE DE L'ATMOSPHÈRE

L'élude de l'atmosphère terrestre et des phénomènes dont elle est le théâtre ne nous présentera plus de difficultés , maintenant que la nature et les propriétés générales des gaz nous sont connues. J'ose

même espérer que le lecteur y trouvera un dédommagement de la fatigue qu'il a pu éprouver à suivre les considérations et les démonstrations un peu arides par lesquelles il nous a fallu débuter. Car les phénomènes atmosphériques ne sont ni moins variés, ni moins curieux, ni moins grandioses que les phénomènes océaniques et que les phénomènes terrestres, et la connexion intime qui les rattache aux fonctions de la vie animale et végétale, leur influence directe sur les conditions les plus essentielles de notre existence, les dangers et les bienfaits dont ils sont la source, les applications nombreuses qu'ils reçoivent dans les sciences, dans l'industrie et jusque dans l'économie domestique, 1,'S rendent tout particulièrement dignes de notre attention.

Mais d'abord, qu'est-ce qu'une atmosphère? L'étymologie de ce mot va nous en donner la signification. Atmosphère (du grec iï[*dç, vapeur, et TOoùpa, sphère) signifie sphère de vapeur, ou de gaz, et désigne la couche plus ou moins épaisse de fluides élastiques qui enveloppe, non seulement le globe terrestre , mais, selon toute probabilité , la plupart des corps célestes, étoiles, planètes et satellites. On sait aujourd'hui avec certitude que toutes les sphères composant notre système, et auxquelles l'astronomie a pu appliquer ses admirables moyens d'observation, possèdent des atmosphères. Une seule paraît faire exception : c'est la lune, notre unique satellite. Le soleil, centre et foyer du système, n'aurait pas pour son compte, au dire d'astronomes très autorisés , moins de trois atmosphères superposées en couches concentriques autour de son noyau obeur et, qui sait? peut-être habitable et habité! Ce noyau , entrevu à travers les taches du soleil , qui ne seraient autre chose que des déchirures , des trous dans le vêtement éblouissant de l'astre-roi, serait revêtu d'une première atmosphère nuageuse analogue à la nôtre. Puis viendrait une seconde enveloppe formée de substances gazeuses en ignition permanente, projetant au loin des flots inépuisables de chaleur et de lumière: c'est celle qu'on a désignée sous le nom de photosphère. Enfin l'atmosphère extérieure, prodigieusement dilatée, emprunterait à la précédente son éclat, qui va décroissante mesure que la distance de la photosphère augmente. « C'est dans cette dernière couche, dit M. Guillemin < , que semblent flotter les nuages roses dont la présence a été révélée et définitivement établie par la récente éclipse totale du soleil. »

Cette théorie, il est vrai, imaginée au siècle dernier par l'astronome anglais Wilson , modifiée par Bobo et W. llerschell , et adoptée par Arago, qui l'a exposée dans son Astronomie populaire, a soulevé de nombreuses et assez graves objections, et ne compte plus guère de

1 Les Mondes, causeries astronomiques.

partisans depuis que l'analyse spectrale 1 et les admirables procédés d'observation de MM. Jansscn, Lockyer et autres, ont été appliqués à l'étude des phénomènes solaires, particulièrement au moment des éclipses. De nouvelles hypothèses se sont produites, parmi lesquelles il faut citer celles de MM. Kirckhoff, Norman, Lockyer, Huggins, le P. Secchi, Faye, Vicaire, etc. On est aujourd'hui généralement disposé à considérer le soleil comme une masse entièrement fluide, en partie liquide, en partie gazeuse. Quelques-uns même, non contents d'attribuer à la partie gazeuse de l'atmosphère solaire un volume incomparablement plus grand qu'au noyau liquide, fond du soleil tout entier une atmosphère, et n'y veulent aucune partie liquide ni solide. M. Faye, par exemple, a pris en quelque sorte le contre-pied de l'ancienne hypothèse de Wilson et de Herschell; car, selon lui, la. partie centrale, loin d'être plus froide que les couches externes et de pouvoir conserver l'état solide ou même liquide, serait, au contraire, de beaucoup la plus chaude et la plus dilatée. En termes plus explicites, le soleil traverserait actuellement la deuxième des trois grandes phases de constitution cosmique par lesquelles notre terre , que Descartes appelait « un soleil encroûté », a passé, elle aussi, avant d'entrer dans la phase de solidification extérieure, ou phase géologique. Dans cette deuxième phase , qui succède à celle de fluidité gazeuse complète, c'est extérieurement, et non pas intérieurement, que la sphère de vapeurs commence à se refroidir. L'attraction, qui en a peu à peu groupé les éléments , autrefois disséminés dans l'espace , a transformé en chaleur la force vive dont ils étaient animés. De là une incalculable élévation de température, qui, dans la masse centrale, s'oppose à toute action chimique. Les corps qui composent cette masse centrale s'y trouvent donc à l'état de gaz simples ; leur pouvoir émissif et, leur pouvoir absorbant se font à peu près équilibre , et ils conservent presque toute leur chaleur.

C'est seulement dans les couches superficielles, où la température, dit M. Faye, n'est plus guère que de vingt-cinq à quarante-cinq fois supérieure à celle d'un foyer de locomotive, que les actions chimiques reprennent leur empire. Des combinaisons, des décompositions, des condensations , des liquéfactions s'opèrent incessamment dans cette prodigieuse fournaise , dans cet immense Phlégéton. Des courants

i Deux physiciens allemands, MM. Bunsen et Kirckhoff, ont pu, par une méthode d'analyse fondée sur l'examen des raies obscures ou colorées dont se composent les spectres produits par la diffraction de la lumière, déterminer la composition chimique de la photosphère solaire. Ils y ont reconnu la présence de plusieurs métaux à l'état gazeux et incandescent, notamment du sodium, du potassium, du magnésium, du nickel, du fer, de l'étain, etc.

ascendants et descendants s'établissent de la masse centrale à la photosphère, et réciproquement; des tourbillons, des explosions, des précipitations agitent cet océan de feu, essentiellement formé , comme le voulait Arago, de gaz enflammés qui répandent des torrents de chaleur, et le remplissent en outre de particules solides qui le rendent lumineux , comme les particules solides du charbon rendent lumineuses les flammes du gaz d'éclairage, de nos lampes et de nos bougies; tandis que le noyau purement gazeux est relativement, sinon même complètement obscur. Cette hypothèse, je l'avoue, me séduit beaucoup; elle rend bien compte des phénomènes visibles à la surface du soleil, c'est-à-dire des taches, des facules, etc.; elle est d'accord avec ce que les théories de Laplace et d'Ampère nous ont appris touchant l'origine physique des mondes; enfin elle s'applique non seulement à notre soleil, mais à toutes les étoiles, qui sont, comme chacun sait, autant de soleils.

Parmi le-; planètes dont la constitution physique est assez connue pour qu'on puisse affirmer l'existence, à leur surface , d'atmosphères comparables à celle de la terre, je citerai: Mercure, la plus voisine du soleil ; Vénus , dont les dimensions sont à peu près celles de la terre, et qui se montre environnée d'un si brillant éclat, qu'à certaines époques elle est même visible en plein jour; Mars, où l'on a pu constater la présence de neiges et de glaciers polaires; Jupiter, la plus volumineuse des planètes ciroumsolaires , dont le disque est en parti obscurci par des bandes nuageuses, ne variant de forme et de position qu'à d'assez longs intervalles; enfin Saturne, avec son triple ou quadruple anneau et son magnifique cortège de huit satellites. Le disque de Saturne est parsemé de taches, les unes obscures, les autres brillantes, mais très variables d'éclat, et dont la forme rappelle beaucoup les bandes de Jupiter. « Il est impossible, dit encore M. Guillemin, de ne pas conclure de l'observation de ces taches qu'elles sont dues à des phénomènes atmosphériques. Vers les pôles , on a constaté, comme pour Mars , l'apparition et la disparition successives de taches blanchâtres , dues probablement à l'invasion des neiges et desglaces. » Quelle est la composition des atmosphères de ces planètes? quelles sont leurs propriétés? On l'ignore. Des êtres semblables pu analogues à nous, aux animaux et aux végétaux que nous connaissons, peuventils y vivre, et y vivent-ils en effet? Il y a tout lieu de le croire, bien que l'observation ne puisse rien nous apprendre de positif à cet égard. 11 n'est même pas toujours aisé de savoir positivement si une planète ou un satellite a ou n'a pas d'atmosphère; et si les astronomes ont pu se prononcer pour la négative en ce qui concerne la lune , c'est grâce à la faible distance qui nous sépare de ce globe, et qui a permis de

dresser des cartes très exactes de la face qu'il nous présente. Nous verrons plus loin, en nous occupant du rôle de l'atmosphère dans les phénomènes lumineux, comment on a pu s'assurer que la lune est dépourvue d'enveloppe gazeuse.

Mais revenons à l'atmosphère terrestre, et cherchons à nous former une idée de son origine et des transformations successives qu'elle a dû suhir avant de se constituer telle qu'elle est aujourd'hui.

Si nous prenons pour point de départ la célèbre hypothèse de Laplace ou celle d'Herschell, qui s'en éloigne peu, nous nous rappellerons que, d'après ces hypothèses, la terre ne fut, dans l'origine, qu'une immense atmosphère, une masse de gaz et de vapeurs incandescents et prodigieusement dilatés. Le refroidissement de cette nébuleuse amena peu à peu la condensation des substances les moins volatiles, qui formèrent au cenlre un noyau liquide. Ce noyau, successivement grossi par de nouvelles condensations , tinit par absorber toutes les matières que l'élévation de la température maintenait seule à l'état gazeux. Mais il est impossible de ne pas voir que ces premières périodes de l'existence de notre planète durent être signalées par des phénomènes extrêmement complexes, dus aux réactions mutuelles des éléments , réactions qui nécessairement modilièrent à plusieurs reprises la composition du noyau liquide et surtout celle de son enveloppe gazeuse.

Le rôle capital des affinités chimiques dans la formation et les révolutions du noyau terrestre et de son atmosphère est indiqué d'une manière très ingénieuse et très satisfaisante par A.-M. Ampère, dans une théorie cosmogonique qui complète et rectilie en certains points celle de Laplace et d'Herschell, et qu'on trouve résumée avec beaucoup de clarté dans une note ajoutée aux Lettres sur les révolutions du globe, d'Alexandre Bertrand. Ampère considère d'abord, d'une manière générale, le cas d'une nébuleuse quelconque passant, par le refroidissement de ses éléments les moins volatils , de son état primitif à celui de corps stellaire ou planétaire proprement dit. Il fait remarquer que, si les affinités chimiques n'existaient pas, la condensation s'opérerait nécessairement par couches concentrique*, homogènes, régulières, nettement distinctes , et dont l'ordre de superposition à partir du centre représenterait exactement la gradation ascendante des températures de liquéfaction des substances condensées.

Cette manière de voir, disons -le en passant, pèche en un point important. Ampère oublie de tenir compte des densités, qui ne correspondent nullement aux températures de liquéfaction ou de solidification lesquelles sont ainsi entre elles dans des rapports très variables; et ce sont là deux circonstances qui, dans l'hypothèse, troubleraient

singulièrement l'homogénéité et la régularité prétendue des dépôts concentriques. Mais il serait superflu d'insister sur cette objection , qui nous écarterait de notre sujet, qui d'ailleurs ne s'applique qu'à une hypothèse purement gratuite.

« Ce n'est pas ainsi, dit, en effet , la note à laquelle j'emprunte le résumé du système d'Ampère, ce n'est pas ainsi qu'est composé le globe terrestre, ce n'est pas ainsi que doivent l'être les planètes et les soleils répandus dans l'espace. Pour voir ce qui a dû arriver, rendons aux couches successives les propriétés chimiques dont elles sont douées, et cet ordre si régulier sera aussitôt détruit par d'immenses bouleversements.

« Lorsqu'une nouvelle couche se dépose à l'état liquide , soit que la précédente existe encore à cet état , soit que déjà elle ait passé à l'état solide , il doit se manifester entre elles une action chimique résultant de l'affinité entre les deux substances ou entre leurs éléments. De là formation de nouvelles combinaisons, explosions, déchirements, élévation de température, et dans le cas où l'une des couches au moins contiendrait des éléments divers, retour à l'état de gaz des éléments qui seraient séparés par l'effet de ces combinaisons.

a ... Ce ne serait qu'après beaucoup de bouleversements, et en vertu d'un refroidissement ultérieur, que pourrait se former une croûte continue assez solide pour mettre obstacle à de nouvelles combinaisons chimiques. Mais quanJ la température se serait abaissée de manière à permettre que sur cette couche solide vînt se déposer une nouvelle substance à l'état liquide, susceptible de l'attaquer chimiquement, on verrait se reproduire une série de phénomènes analogues à ceux dont nous venons de parler. C'est ainsi qu'on peut rendre compte des révolutions successives qu'a éprouvées le globe terrestre. Mainlenant que la température est tellement abaissée que, parmi les corps susceptibles d'agir chimiquement avec violence, il n'y a plus que l'eau qui soit à l'état de vapeur, ce n'est plus que de l'eau qu'on peut craindre un nouveau cataclysme. » L'eau étant, comme on sait, composée de gaz hydrogène et oxygène, Ampère suppose qu'en se précipitant sous forme de pluie abondante sur des métaux tels que le potassium, le sodium, le baryum, le calcium, le magnésium, le manganèse, le fer, le nickel , le zinc , etc., encore incandescents ou du moins à une température très élevée, elle dut être décomposée, transformer ces métaux en oxydes et déterminer une immense conflagration , non seulement dans les couches supérieures de la masse condensée, mais au sein même de l'atmosphère , qui subit alors une de ses plus violentes révolutions. Il ajoute :

« Au surplus, il reste un grand monument des bouleversements

qu'a produits sur le globe la décomposition des corps oxygénés par les métaux : c'est l'énorme quantité d'azote qui forme la plus grande partie de notre atmosphère. Il est peu naturel de supposer que cet azote n'ait pas été primitivement combiné, et tout porte à croire qu'il l'était avec l'oxygène, sous la forme d'acide nitreux ou nitrique. Pour cela, il lui fallait huit ou dix fois plus d'oxygène qu'il n'en reste dans l'atmosphère. Où sera passé cet oxygène? Suivant toute apparence, il aura servi à l'oxydation de substances autrefois métalliques, et aujourd'hui converties en alumine, en chaux, en oxyde de fer, de manganèse , etc. »

Quant à l'oxygène qui existe dans l'atmosphère, ce n'est qu'un reste de celui qui s'est combiné avec les corps combustibles, joint à celui qui a été expulsé des combinaisons dans lesquelles il entrait par du chlore ou des corps analogues.

Il y aurait donc eu, à un certain moment, précipitation d'acide nitrique, dissolution des métaux, et dégagement de gaz nitreux ou hyponi trique : le tout accompagné d'une effervescence et d'une élévation de température formidables, qui auraient transformé l'atmosphère en une mer bouillonnante, surchargée de vapeurs corrosives dont les énergiques réactions produisaient une mêlée indescriptible. Puis, le refroidissement s'opérant avec le temps, la précipitation recommença; la terre fut envahie de nouveau par un océan acide, moins acide toutefois que le premier, et donnant lieu, par conséquent, à des réactions moins énergiques. Les eaux s'adoucirent aussi graduellement, après des précipitations et des vaporisations répétées, ou plutôt elles se chargèrent de sels, et la prédominance du sel marin donne lieu de penser que, parmi les gaz qui entraient dans la composition de l'atmosphère primitive, le chlore n'était pas le moins abondant. « Il arriva enfin, continue Ampère, qu'après un refroidissement nouveau , une nouvelle mer s'étant formée, elle ne recouvrait plus toute la surface du noyau solide; quelques îles apparurent au-dessus des eaux, et la surface de la terre fut entourée d'une atmosphère formée, comme la nôtre, de fluides élastiques permanents, mais dans des proportions probablement fort différentes. Il semble, en effet, résulter des ingé- • nieuses recherches de M. Brongniart, qu'à ces époques reculées l'atmosphère contenait beaucoup plus d'acide carbonique qu'elle n'en contient aujourd'hui. Elle était impropre à la respiration des animaux, mais très favorable à la végétation. Aussi la terre se couvrit-elle de plantes qui trouvaient dans l'air, bien plus riche en carbone, une nourriture plus abondante que de nos jours; d'où résultait un développement beaucoup plus considérable, que favorisait en outre un plus haut degré de température.

« ... Cependant les débris des forêts s'accumulaient sur le sol, s'y décomposaient, et l'hydrogène carboné qui résultait de cette décomposition se répandait dans l'atmosphère. Là il était décomposé par des explosions électriques alors beaucoup plus fréquentes en raison de la plus grande élévation de la température. Un monument de cette époque nous est offert par les houilles, immenses dépôts de végétaux carbonisés.

« A chaque grand cataclysme, la température de la surface du globe s'élevant considérablement, toute organisation devenait impossible jusqu'à ce qu'elle se fût abaissée de nouveau... L'absorption et la destruction continuelles de l'acide carbonique par les végétaux rendaient l'air de plus en plus semblable en composition à ce qu'il est maintenant. Cependant l'atmosphère n'était pas encore propre à entretenir la vie des animaux qui respirent l'air directement. Ce fut, en effet, dans l'eau qu'apparurent les premiers êtres appartenant à ce règne : des radiaires et des mollusques. La première population des mers fut uniquement composée d'invertébrés; puis vinrent les poissons , et plus tard les reptiles marins... Après l'époque des poissons, ■après celle des reptiles et des oiseaux, vinrent les mammifères, et enfin, l'atmosphère s'étant suffisamment épurée, la terre, étant capable d'entretenir une plus noble génération, apparut l'homme, le chef-d'œuvre de la création. »

L'hypothèse que nous venons d'exposer sommairement n'a rien, on le voit, (jue de très admissible, au moins dans ses données principales. Elle est conforme à ce que la chimie nous apprend sur les affinités réciproques des corps réputés simples et de leurs composés, et à ce que l'on peut rationnellement présumer des compositions successives de l'atmosphère actuelle.

L'oxygène, l'azote, l'hydrogène, le chlore, le carbone, tels sont évidemment les corps qui, à raison de leur prodigieuse abondance et de leurs puissantes affinités, ont dû jouer dans les révolutions de l'enveloppe gazeuse de la terre les premiers rôles. L'action du soufre, du sodium, des métaux combustibles (métaux alcalins et terreux) , n'a pu être que secondaire. Celle des agents physiques, chaleur, électricité, magnétisme, lumière, ne doit pas être oubliée. La chaleur, tour à tour cause et ellet des réactions chimiques et des bouleversements qui tant de fois ont renouvelé la face du monde, a puissamment contribué à prolonger la tumultueuse mêlée des éléments. On en peut dire autant de l'électricité, qui intervient également, soit comme cause, soit comme effet, dans les combinaisons et les décompositions chimiques, dans les variations de température, dans les changements d'état des corps, dans les frottements, dans les pressions, dans la séparation

brusque des molécules , etc. Quant à l'action du magnétisme , il est très difficile de la conjecturer. Il est probable qu'elle a été, à l'origine des choses, beaucoup plus intense et plus générale que de nos jours; qu'elle s'est combinée, confondue peut-être avec celle de l'électricité et de la chaleur; qu'en un mot, ces trois principes ont été, avec la lumière, les agents essentiels de la création; qu'ils ont exercé surtout une puissante influence sur la formation et le développement des organismes. Qu'on veuille bien , à ce sujet , se reporter à ce qui a été dit, dans nos Mystères de l'Océan ', de la constitution probable de l'atmosphère à l'époque où les premiers êtres prirent naissance au sein de l'Océan universel. Alors la température du globe était encore très élevée. Les eaux chaudes, saturées de matières en dissolution et en suspension, exhalaient d'épaisses vapeurs qui surchargeaient l'atmosphère. Celle-ci enveloppait le sphéroïde de sa masse volumineuse, divisée peut-être en couches distinctes, comparables à la triple atmosphère attribuée au soleil. Les rayons de l'astre vivifiant ne pouvaient la pénétrer; mais, selon toute apparence, les combustions dont elle était le siège, les courants électriques et magnétiques qui la parcouraient et la haute température entretenue par tant de causes diverses déterminaient dans ses régions supérieures un embrasement général, dont nos aurores polaires peuvent donner une idée. Le? lueurs changeantes de ce ciel de feu éclairaient les scènes grandioses et sauvages de la nature en travail. Puis cette lumière alla s'affaiblissant à mesure que l'atmosphère se purifiait et que s'apaisait la lutte des éléments. Les nuées moins denses et moins pressées livrè*rent passage aux rayons solaires; le jour, le vrai jour se leva sur le monde. Le chlore ayant été absorbé à l'état de sel par la masse des eaux, les îles et les continents soulevés s'étant couverts de végétaux qui peu à peu fixèrent l'énorme quantité de carbone à laquelle une partie de l'oxygène était uni, les vapeurs aqueuses enfin continuant de se précipiter, l'atmosphère se trouva réduite à peu près au mélange d'oxygène et d'azote qui la constitue actuellement. Dès lors les révolutions qui devaient encore, à plusieurs reprises, remuer et déplacer l'océan liquide cessèrent de bouleverser l'océan aérien. L'immense rideau de nuages qui naguère enveloppait le globe tout entier se déchira, s'éparpilla en lambeaux; les clartés magnéto-électrique;, éteintes dans la zone moyenne, furent refoulées vers les pôles , où elles ne brillèrent plus que comme les dernières lueurs d'un vaste incendie. Les alternatives du jour et de la nuit, le cours des saisons, la distribution des températures changèrent en une circulation régulière les fluctua-

1 Un volume grand in-8". — Tours, Alfred Marne et fils, éditeurs.

tions tumultueuses de l'atmosphère. Partout s'établit ce calme qui n'est ni l'inertie ni l'immobilité, mais l'équilibre des forces et l'harmonie des mouvements , et la vie put prendre son essor au sein des éléments pacifiés.