Strati dell'Atmosfera

L'atmosfera terrestre si articola in quattro strati distinti, ciascuno definito dall'andamento della temperatura con l'altitudine piuttosto che dalla composizione (che rimane approssimativamente 78% N2, 21% O2 fino a circa 100 km grazie alla miscelazione turbolenta). La troposfera si estende dalla superficie fino a circa 12 km alle latitudini medie (8 km ai poli, 18 km sull'equatore) e contiene circa il 75% della massa atmosferica e quasi tutto il vapore acqueo. La temperatura diminuisce secondo il gradiente termico ambientale di circa 6,5 K per km perché la superficie è la fonte di calore: la luce solare scalda il suolo, che a sua volta scalda l'aria immediatamente sovrastante, lasciando la troposfera superiore priva di calore a circa -56 °C alla tropopausa. La stratosfera inverte questa tendenza, risalendo da -56 °C fino a circa 0 °C alla stratopausa intorno ai 50 km, perché lo strato di ozono (con il massimo intorno ai 25 km) assorbe la radiazione ultravioletta B e C e converte direttamente quell'energia in calore.

Al di sopra della stratopausa la temperatura scende nuovamente attraverso la mesosfera poiché non vi è alcuna sorgente di calore significativa: l'ozono è praticamente assente e il gas è troppo rarefatto per assorbire quantità apprezzabili di infrarosso proveniente dal basso. La mesopausa, intorno agli 85 km, è il luogo più freddo del sistema Terra, con circa -90 °C, una temperatura talmente bassa che le tracce di vapore acqueo presenti si congelano in nubi nottilucenti di ghiaccio. I meteoroidi si disintegrano nella mesosfera perché la densità del gas è finalmente sufficiente a generare riscaldamento per attrito, pur essendo ancora abbastanza bassa da non essere distruttiva alle velocità orbitali. Al di sopra degli 85 km la termosfera assorbe direttamente i raggi UV estremi e i raggi X solari attraverso la fotoionizzazione degli atomi, portando le temperature fino a 1500-2500 °C al massimo solare; tuttavia la densità del gas è così bassa (meno di un miliardésimo di quella al livello del mare) che un astronauta percepirebbe freddo per perdita radiativa. La Stazione Spaziale Internazionale orbita a 400 km, ben all'interno di questo strato, e le aurore polari tra 100 e 300 km segnano le zone in cui gli elettroni del vento solare collidono con gli ioni di ossigeno e azoto.