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L'atmosfera terrestre ha quattro strati distinti, nonché uno strato esterno rarefatto che può estendersi fino a 10.000 chilometri (6.214 miglia) dal pianeta in assenza di vento solare. Lo strato atmosferico più basso è la troposfera, e lo strato appena sopra è la stratosfera. Tra i fattori che li definiscono come due strati separati ci sono le differenze di pressione dell'aria, temperatura, gradiente di temperatura, velocità del vento e direzione del vento.
Un confine mobile
Il confine tra troposfera e stratosfera si chiama tropopausa e non è costante. Si trova a circa 8 chilometri (5 miglia) dal suolo ai poli e circa il doppio rispetto all'equatore. La tropopausa è un'isoterma, una regione a temperatura stabile, al di sotto della quale si svolge tutto il tempo dei pianeti. La tropopausa segna in genere il limite più alto dell'attività del cloud; invece di sollevarsi al di sopra di questa isoterma, le grandi nuvole temporalesche si estendono tipicamente in orizzontale a forma di incudine. Alcuni tipi di nuvole - chiamati nuvole madreperlacei o madreperlacee - si formano nella stratosfera, ma di solito solo a latitudini tra 60 e 90 gradi e solo in inverno.
Gradienti di temperatura
I modelli meteorologici si verificano nella troposfera perché l'aria vicino al suolo è più calda dell'aria ad altitudini più elevate; questo fenomeno è il risultato del fatto che il terreno assorbe e irradia calore dal sole. A causa di questo gradiente di temperatura negativo rispetto all'altitudine, l'aria calda può salire e creare una corrente di convezione che produce venti e nuvole. Nella stratosfera, che si estende ad un'altitudine di circa 50 chilometri (31 miglia), la temperatura aumenta con l'altitudine a causa del fatto che lo strato di ozono nella stratosfera superiore assorbe la luce solare e irradia calore verso il basso. La tropopausa è la regione di temperatura costante in cui cambia la direzione del gradiente.
Attività del vento
La propensione all'aumento dell'aria calda e carica di umidità e all'aria fredda di cadere nella troposfera creano venti, nuvole e precipitazioni. A causa delle variazioni locali di temperatura e pressione dell'aria, questi venti possono essere irregolari e, a volte, estremi. Nella stratosfera, dove la pressione dell'aria è molto più bassa e un soffitto di aria più calda impedisce la formazione di correnti di convezione, le condizioni sono più stabili. Non c'è praticamente nessuna turbolenza qui, che è causata da movimenti d'aria verticali, e i venti che esistono, sebbene forti, sono costanti e soffiano in direzione orizzontale. Gli aerei commerciali volano nella bassa stratosfera per evitare turbolenze.
Pressione atmosferica stratosferica
La troposfera contiene circa il 75 percento dei gas nell'atmosfera e la stratosfera, che ha un volume maggiore, contiene circa il 19 percento di questi gas. La pressione atmosferica nella stratosfera è di conseguenza inferiore: in media, la pressione nella stratosfera è solo di circa il 10 percento o meno della pressione a livello del mare. Lo strato di ozono, situato nella parte superiore della stratosfera, è una delle caratteristiche più importanti di questo strato atmosferico. Oltre a creare un soffitto di aria calda che impedisce la formazione di correnti di convezione, filtra le radiazioni ultraviolette dal sole che danneggerebbero la vita in superficie.