EDP Sciences 1775607593 20260408 fre

laboutique.edpsciences.fr-002948 03 01 01 002948 03 9782759838202 15 9782759838202 00 BA 02 160 mm 01 240 mm 10 01 02 Sciences & Histoire / Sciences & History 01 01 The Air and its Secrets A history of atmospheric science 1 A01 01 A2349 Guy Brasseur Brasseur, Guy Guy Brasseur Guy Brasseur est attaché à l’Institut Max Planck de Météorologie à Hambourg (Allemagne), et au National Center for Atmospheric Research à Boulder (Colorado, Etats-Unis). Il est membre de l’Academia Europaea, de l’Académie Royale de Belgique, du Conseil Scientifique du CNRS. Ses travaux portent sur le problème de l’ozone stratosphérique, de la qualité de l’air et des changements climatiques. Guy Brasseur is affiliated with the Max Planck Institute for Meteorology in Hamburg, Germany, and the National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, USA. A member of the Academia Europaea, the Royal Academy of Belgium, the Max Planck Society and the Scientific Council of the CNRS, his research focuses on the problems of stratospheric ozone, air quality and climate change. 01 eng 00 483 03 01 24 Izibook:Subject Histoire des sciences 24 Izibook:Subject Physique Générale 24 Izibook:Subject Environnement 24 Izibook:SubjectAndCategoryAndTags |Histoire des sciences| 24 Izibook:SubjectAndCategoryAndTags |Physique Générale| 24 Izibook:SubjectAndCategoryAndTags |Environnement| 20 Air;gas;upper atmosphere;lower atmosphere;climate change;pollution;climate;ozone;air quality;history of science 10 2011 SCI026000 10 2011 SCI034000 10 2011 SCI055000 29 CLIL3058 29 CLIL3067 29 CLIL4050 01 530 03 00 AIR, this invisible medium that surrounds us, makes life possible. According to Baudelaire, air ‘is full of the thrill of things that flee’; indeed, it holds a multitude of secrets that philosophers, naturalists and other scientists have tried to unravel over the centuries. In this book, the author outlines the major scientific advances that have led to the discovery of the physical properties and chemical composition of air, the dynamic properties of the Earth’s atmosphere, the mechanisms that lead to the formation of storms and other weather events, and the natural and anthropogenic processes responsible for climate change, ozone depletion and air quality. 02 00 In this book, the author outlines the scientific advances that have led to the discovery of the physical properties and chemical composition of air, the dynamic properties of the Earth’s atmosphere, the mechanisms that lead to the formation of storms, and the natural and anthropogenic processes responsible for climate change. 04 00 ContentsForeword. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Preamble. Air and Life. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9A Long-Lasting Pandemic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11The Evolution of Ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Air and Life. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161. Air Pollution: A Long History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Air Pollution in Ancient Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Lead Pollution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20The Medieval Period. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22The Industrial Revolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25London’s “Great Smog” in 1952 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Los Angeles Smog. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Air Pollution in Other Parts of the World. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32The Tragedy of the Commons and Ecological Equity. . . . . . . . . . . . . . . . . 362. The Conquest of the Vertical. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39The Weight of Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Florence’s Fountain Builders and Torricelli’s Tube. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Blaise Pascal’s Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49The Elastic Air of Boyle and Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Balloon Ascents and the Law of Perfect Gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53The Vertical Structure of the Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573. Air or “Airs”?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61The Galileo of Brabant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Fixed Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65The Phlogiston Controversy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Proponents of the Phlogiston Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Proponents of the Oxygen Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73The Discovery of Noble Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Trace Gases in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954. Air in Motion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Atmospheric Circulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102The Origin and Trajectory of Storms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108The First Weather Services. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Empirical Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Theoretical Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114The Bergen School. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117Newton’s Laws. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121The Determinism of Newton and Laplace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Atmospheric Dynamics Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126The First Numerical Weather Forecasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132The Role of Electronic Computers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142The Development of Numerical Forecasting in the United States. . . . . . . . . 146Atmosphere and Chaos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Turbulence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156Technological Revolution and Atmospheric Observation. . . . . . . . . . . . . . . 1675. The Upper Layers of the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171The Polar Aurora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172The Mystery of the Green Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Nightglow or Airglow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185The Oxygen Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Water Vapor and Hydrogen Compounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196The International Geophysical Year. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199The Thermosphere, the Hydrogen Layer, and the Helium Belt. . . . . . . . . . . 203The Ionosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2096. The Protective Ozone Layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217Ozone in the Laboratory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218Ozone in the Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Ozone Measurements in Parc Montsouris, Paris. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222An Ozone Layer in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226Global Distribution of Stratospheric Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227Vertical Distribution of Ozone in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232Balloons to Explore the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Rocket Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238The Space Age. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240Photochemical Ozone Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2447. Greenhouse gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249The Discovery of the Greenhouse Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249Gases that Warm the Planet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264Methane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269Nitrous Oxide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273Water Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278Other Greenhouse Gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282Calculating the Greenhouse Effect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2828. The Photochemical Reactor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287Photochemistry of Stratospheric Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289Carbon Monoxide Photochemistry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293The Metastable Oxygen Atom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294OH: The Atmospheric Detergent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296Ozone in the Troposphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Observations of Tropospheric Chemical Species on a Global Scale. . . . . . . . 312Mathematical Models of Tropospheric Chemistry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317International Cooperation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3189. Airborne Particles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321The First Ideas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324Particles and Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328Particles in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333Organic Aerosols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335Aerosols and Clouds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336Particles and Atmospheric Electricity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339Aerosols and Climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34110. The Human Footprint. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345Wildfires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346Poison Gas as a Chemical Weapon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Acid Precipitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352Supersonic Aviation and the Ozone Layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356A Hole in the Ozone Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360Nuclear Winter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367Microplastics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37211. Climate Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375From Antiquity to the Industrial Revolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376A Climate Change Survey in France. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378Svante Arrhenius and Guy Callendar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379The Keeling Curve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391Polar Ice: An Archive of Climate’s History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397Climate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399The Charney Report. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411The Response of the Oil Industry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413The International Dimension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418The Political Process and Climate Agreements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424Solutions to the Climate Problem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425The Complexity of the Earth System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430Epilogue. Advances in Knowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437Science Through the Ages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438Antiquity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439From the Eighth to the Fourteenth Century . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441The Fifteenth Century . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442The Sixteenth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442The Seventeenth Century . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443The Eighteenth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444The Nineteenth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445The Twentieth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448The Twenty-First Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456Future Challenges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461Acknowledgements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465Index of names. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 21 00 06 01 https://laboutique.edpsciences.fr/produit/1516/9782759838219/the-air-and-its-secrets 01 00 03 02 https://laboutique.edpsciences.fr/system/product_pictures/data/009/983/440/original/9782759838202-Air-and-its-secrets_couv-sofedis.jpg 17 14 20250909T135458+0200 01 P1 EDP Sciences 01 01 P1 EDP Sciences 17 avenue du Hoggar - PA de Courtaboeuf - 91944 Les Ulis cedex A http://publications.edpsciences.org/ 04 11 00 20250929 01 00 20250929 19 00 20250929 2026 06 3052868830012 01 WORLD 27 03 9782759838219 15 9782759838219 WORLD 08 EDP Sciences 04 01 00 20250929 03 01 D1 EDP Sciences 21 04 05 01 02 1 00 59.00 01 5.50 3.08 EUR laboutique.edpsciences.fr-R002825 03 01 01 R002825 00 ED E107 00 01 01 The Air and its Secrets A history of atmospheric science 01 eng 08 488 03 22 24367260 17 01 P1 EDP Sciences 01 01 P1 EDP Sciences 17 avenue du Hoggar - PA de Courtaboeuf - 91944 Les Ulis cedex A http://publications.edpsciences.org/ 11 00 20250929 02 01 002949 03 9782759838219 15 9782759838219 03 01 D1 EDP Sciences 29 https://laboutique.edpsciences.fr/open_access_download/2949/2825 45 03 laboutique.edpsciences.fr-002949 03 01 01 002949 03 9782759838219 15 9782759838219 10 EA E107 10 00 01 R002825 ED E107 1 10 01 02 Sciences & Histoire / Sciences & History 01 01 The Air and its Secrets A history of atmospheric science 1 A01 01 A2349 Guy Brasseur Brasseur, Guy Guy Brasseur Guy Brasseur est attaché à l’Institut Max Planck de Météorologie à Hambourg (Allemagne), et au National Center for Atmospheric Research à Boulder (Colorado, Etats-Unis). Il est membre de l’Academia Europaea, de l’Académie Royale de Belgique, du Conseil Scientifique du CNRS. Ses travaux portent sur le problème de l’ozone stratosphérique, de la qualité de l’air et des changements climatiques. Guy Brasseur is affiliated with the Max Planck Institute for Meteorology in Hamburg, Germany, and the National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, USA. A member of the Academia Europaea, the Royal Academy of Belgium, the Max Planck Society and the Scientific Council of the CNRS, his research focuses on the problems of stratospheric ozone, air quality and climate change. 01 eng 08 486 03 01 24 Izibook:Subject Histoire des sciences 24 Izibook:Subject Physique Générale 24 Izibook:Subject Environnement 24 Izibook:SubjectAndCategoryAndTags |Histoire des sciences| 24 Izibook:SubjectAndCategoryAndTags |Physique Générale| 24 Izibook:SubjectAndCategoryAndTags |Environnement| 20 Air;gas;upper atmosphere;lower atmosphere;climate change;pollution;climate;ozone;air quality;history of science 10 2011 SCI026000 10 2011 SCI034000 10 2011 SCI055000 29 CLIL3058 29 CLIL3067 29 CLIL4050 01 530 03 00 AIR, this invisible medium that surrounds us, makes life possible. According to Baudelaire, air ‘is full of the thrill of things that flee’; indeed, it holds a multitude of secrets that philosophers, naturalists and other scientists have tried to unravel over the centuries. In this book, the author outlines the major scientific advances that have led to the discovery of the physical properties and chemical composition of air, the dynamic properties of the Earth’s atmosphere, the mechanisms that lead to the formation of storms and other weather events, and the natural and anthropogenic processes responsible for climate change, ozone depletion and air quality. 02 00 In this book, the author outlines the scientific advances that have led to the discovery of the physical properties and chemical composition of air, the dynamic properties of the Earth’s atmosphere, the mechanisms that lead to the formation of storms, and the natural and anthropogenic processes responsible for climate change. 04 00 ContentsForeword. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Preamble. Air and Life. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9A Long-Lasting Pandemic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11The Evolution of Ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Air and Life. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161. Air Pollution: A Long History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Air Pollution in Ancient Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Lead Pollution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20The Medieval Period. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22The Industrial Revolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25London’s “Great Smog” in 1952 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Los Angeles Smog. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Air Pollution in Other Parts of the World. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32The Tragedy of the Commons and Ecological Equity. . . . . . . . . . . . . . . . . 362. The Conquest of the Vertical. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39The Weight of Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Florence’s Fountain Builders and Torricelli’s Tube. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Blaise Pascal’s Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49The Elastic Air of Boyle and Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Balloon Ascents and the Law of Perfect Gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53The Vertical Structure of the Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573. Air or “Airs”?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61The Galileo of Brabant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Fixed Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65The Phlogiston Controversy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Proponents of the Phlogiston Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Proponents of the Oxygen Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73The Discovery of Noble Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Trace Gases in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954. Air in Motion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Atmospheric Circulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102The Origin and Trajectory of Storms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108The First Weather Services. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Empirical Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Theoretical Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114The Bergen School. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117Newton’s Laws. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121The Determinism of Newton and Laplace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Atmospheric Dynamics Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126The First Numerical Weather Forecasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132The Role of Electronic Computers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142The Development of Numerical Forecasting in the United States. . . . . . . . . 146Atmosphere and Chaos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Turbulence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156Technological Revolution and Atmospheric Observation. . . . . . . . . . . . . . . 1675. The Upper Layers of the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171The Polar Aurora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172The Mystery of the Green Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Nightglow or Airglow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185The Oxygen Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Water Vapor and Hydrogen Compounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196The International Geophysical Year. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199The Thermosphere, the Hydrogen Layer, and the Helium Belt. . . . . . . . . . . 203The Ionosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2096. The Protective Ozone Layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217Ozone in the Laboratory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218Ozone in the Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Ozone Measurements in Parc Montsouris, Paris. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222An Ozone Layer in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226Global Distribution of Stratospheric Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227Vertical Distribution of Ozone in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232Balloons to Explore the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Rocket Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238The Space Age. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240Photochemical Ozone Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2447. Greenhouse gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249The Discovery of the Greenhouse Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249Gases that Warm the Planet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264Methane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269Nitrous Oxide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273Water Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278Other Greenhouse Gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282Calculating the Greenhouse Effect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2828. The Photochemical Reactor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287Photochemistry of Stratospheric Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289Carbon Monoxide Photochemistry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293The Metastable Oxygen Atom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294OH: The Atmospheric Detergent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296Ozone in the Troposphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Observations of Tropospheric Chemical Species on a Global Scale. . . . . . . . 312Mathematical Models of Tropospheric Chemistry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317International Cooperation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3189. Airborne Particles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321The First Ideas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324Particles and Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328Particles in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333Organic Aerosols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335Aerosols and Clouds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336Particles and Atmospheric Electricity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339Aerosols and Climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34110. The Human Footprint. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345Wildfires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346Poison Gas as a Chemical Weapon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Acid Precipitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352Supersonic Aviation and the Ozone Layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356A Hole in the Ozone Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360Nuclear Winter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367Microplastics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37211. Climate Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375From Antiquity to the Industrial Revolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376A Climate Change Survey in France. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378Svante Arrhenius and Guy Callendar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379The Keeling Curve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391Polar Ice: An Archive of Climate’s History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397Climate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399The Charney Report. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411The Response of the Oil Industry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413The International Dimension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418The Political Process and Climate Agreements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424Solutions to the Climate Problem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425The Complexity of the Earth System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430Epilogue. Advances in Knowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437Science Through the Ages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438Antiquity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439From the Eighth to the Fourteenth Century . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441The Fifteenth Century . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442The Sixteenth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442The Seventeenth Century . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443The Eighteenth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444The Nineteenth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445The Twentieth Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448The Twenty-First Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456Future Challenges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461Acknowledgements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465Index of names. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 21 00 06 01 https://laboutique.edpsciences.fr/produit/1516/9782759838219/the-air-and-its-secrets 01 00 03 02 https://laboutique.edpsciences.fr/system/product_pictures/data/009/983/440/original/9782759838202-Air-and-its-secrets_couv-sofedis.jpg 17 14 20250909T135458+0200 01 P1 EDP Sciences 01 01 P1 EDP Sciences 17 avenue du Hoggar - PA de Courtaboeuf - 91944 Les Ulis cedex A http://publications.edpsciences.org/ 04 11 00 20250929 01 00 20250929 19 00 20250929 2026 06 3052868830012 01 WORLD 13 03 9782759838202 15 9782759838202 WORLD 08 EDP Sciences 04 01 00 20250929 03 01 D1 EDP Sciences 20 04 05 01 02 1 00 01 EUR