mini|Det blå lyset blir spredt mer enn lys med andre bølgelengder på grunn av gassene i atmosfæren, noe som gir jorda den blå haloen som her sees fra verdensrommet, fra den internasjonale romstasjonen, i en høyde av 402 – 424 km fra bakken.
mini|Diagram av jordens atmosfære (med lagene i skala). Avstand fra overflaten til toppen av stratosfæren er i underkant av 1 % av jordens radius.
mini|Sammensetningen av jordens atmosfære i volumprosent. Den nederste sektoren representerer sporgasser som sammen utgjør om lag 0,038 % av atmosfæren (konsentrasjon av CO2 var 0,043 % i 2014). Tallene gjelder for flere år (hovedsakelig 1987, med CO2 og metan fra 2009), og representerer ikke en enkelt kilde.
Jordens atomsfære er sammensatt av gasser, vanligvis omtalt som luft, som omgir planeten og holdes på plass av jordens tyngdekraft. Atmosfæren beskytter livet på jorden ved å absorbere ultrafiolett solstråling, varme overflaten gjennom varmelagring, kjent som drivhuseffekt, og å redusere temperaturforskjellen mellom dag og natt (døgntemperaturvariasjon).
De tre store bestanddelene av luften, og dermed i jordens atmosfære, er nitrogen, oksygen og argon. Etter volum inneholder tørr luft rundt 78 % nitrogen, 21 % oksygen, 1 % argon, 0,04 % karbondioksid og små mengder av andre gasser. Luft inneholder også en varierende mengde vanndamp. Luftinnhold og lufttrykk varierer i forskjellige lag, og luft som er egnet for fotosyntesen hos planter og respirasjon hos terrestriske dyr finnes bare i jordens troposfære og i kunstig atmosfære.
Atmosfæren har en samlet masse på om lag 5,15 kg, der tre fjerdedeler av luftmassene befinner seg mellom bakken og cirka 11 km opp. Atmosfæren blir tynnere og tynnere med økende høyde over havet, men det er ingen klar grense mellom atmosfæren og verdensrommet. Flere lag blir definert i atmosfæren basert på deres egenskaper som temperatur og sammensetning. Studiet av jordens atmosfære og dens prosesser kalles atmosfærevitenskap.
Sammensetning høyre|miniatyr|Gjennomsnittlig atmosfærisk vanndamp
Etter volum inneholder tørr luft 78,09 % nitrogen, 20,95 % oksygen, 0,93 % argon, 0,04 % Karbondioksid og små mengder av andre gasser, se tabell lenger ned.
Vanndamp står for omtrent 0,25 % av atmosfærens sammensetning sett i forhold til massen. Konsentrasjonen av vanndamp (som er en viktig drivhusgass) varierer betydelig, fra rundt 10 ppm av volumet i de kaldeste delene av atmosfæren til så mye som 5 % av volumet i varme fuktige luftmasser. Konsentrasjoner av andre atmosfæriske gasser er vanligvis referert til i relasjon til tørr luft (altså uten vanndamp).Wallace, John M. and Peter V. Hobbs. Atmospheric Science; An Introductory Survey.Elsevier. Second Edition, 2006. . Chapter 1 De resterende gasser er ofte referert til som sporgasser, blant disse er drivhusgasser, først og fremst karbondioksid, metan, lystgass og ozon. Filtrert luft inneholder spormengder av mange andre kjemiske forbindelser. Mange stoffer med naturlig opprinnelse kan være til stede i små mengder, men varierer lokalt og sesongmessing. Dette gjelder aerosoler, støv sammensatt av mineralske og organiske stoffer, pollen og sporer, sjøsprøyt og vulkansk aske. Ulike industrielle miljøgifter kan også være til stede som gasser eller partikler, som for eksempel klor (fritt eller i andre forbindelser), fluorforbindelser og kvikksølvdamp. Svovelforbindelser som for eksempel hydrogensulfid og svoveldioksid (SO2) kan være avledet fra naturlige kilder eller fra industriell forurensing.
Tre fjerdedeler av luftmassene befinner seg mellom bakken og cirka 11 km opp. Atmosfæren blir tynnere og tynnere med økende høyde over havet, men det er ingen klar grense mellom atmosfæren og verdensrommet. Kármánlinjen på en høyde av 100 km, eller 1,57 % av jordas radius, er ofte omtalt som grensen mellom atmosfæren og verdensrommet. Atmosfæriske effekter blir synlige når et romfartøy synker ned i en høyde av rundt 120 km ved retur tilbake til jorden. Flere lag kan identifiseres i atmosfæren basert på egenskaper som temperatur og sammensetning.
Studiet av jordens atmosfære og dens prosesser kalles atmosfærevitenskap. Noen tidlige pionerer innenfor feltet er Léon Teisserenc de Bort og Richard Assmann. Ultraviolet radiation in the solar system By Manuel Vázquez, Arnold Hanslmeier
+Hovedbestanddeler i tørr luft, etter volumKilde for bestanddelene: Karbondioksid, NOAA Earth System Research Laboratory, (2013-03). Metan, Intergovernmental Panel on Climate Change TAR table 6.1 webarchive: url=https://web.archive.org/web/20070615161122/http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/221.htm grida.no | date= 15. juni 2007, (1998). NASAs tall var totalt 17 ppmv over 100 %, og CO2 er økt her med 15 ppmv. For normalisering må N2 reduseres til rundt 25 ppmv og O2 med rundt 7 ppmv. Gass Volum(A) Navn Formelen i ppmv(B) i % Nitrogen N2 780 840 78,084 Oksygen O2 209 460 20,946 Argon Ar 9 340 0,9340 Karbondioksid CO2 400 0,04 Neon Ne 18,18 0,001818 Helium Han 5,24 0,000524 Metan CH4 1,79 0,000179 Ikke inkludert i tørr atmosfære over: Vanndamp(C) H2O 10-50 000(D) 0,001%-5%(D) noter: (A) volumfraksjon er lik molefraksjon kun for ideell gass (B) ppmv betyr parts per million by volume (deler per million etter volum) (C) vanndamp utgjør rundt 0,25 % av massen i hele atmosfæren (D) vanndamp varierer sterkt lokalt
Atmosfærens struktur Hovedlagene Generelt synker lufttrykket og tetthet med høyden oppover i atmosfæren. Men temperaturen har en mer komplisert profil enn bare høyde over havet alene, og kan være relativt konstant eller til og med øke med høyden i noen regioner. Fordi det generelle temperatur- og høydeprofilmønsteret er konstant og målbart ved hjelp av måleballonger, er temperaturkarakteristikker en nyttig målemetode for å skille lagene i atmosfæren. På denne måten kan jordens atmosfære deles (kalt atmosfæriske stratifisering) i fem hoveddeler. Unntatt eksosfæren, har atmosfæren fire hovedlag, nemlig troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren. Fra høyest til lavest er inndelingen av disse lagene:
Eksosfæren: 700 til 10 000 km Termosfæren: 80 til 700 km Mesosfæren: 50 til 80 km Stratosfæren: 12 til 50 km Troposfæren: 0 til 12 km
Eksosfæren mini|300px|De fire laveste lagene av jordens atmosfære vist i tre dimensjoner sett diagonalt fra et tenkt sted over eksobasen. Lagene er tegnet i skala, men inntegnede objekter er ikke i skala. Her er nordlys vist nederst i termosfæren, men det kan dannes i hvilken som helst høyde i termosfæren.
Eksosfæren er det ytterste laget av jordens atmosfære, det vil si det danner selve grensen for atmosfæren. Den strekker seg fra exobasen, som ligger på toppen av termosfæren i en høyde av cirka 700 km over bakken, til cirka 10 000 km, der den gradvis går inn i området der solvinden virker. Solvinden er for øvrig solens partikkelstråling ut i verdensrommet.
Dette laget er i hovedsak sammensatt av gasser med svært lave tettheter, som hydrogen, helium og flere tyngre molekyler, blant annet nitrogen, oksygen og karbondioksid, men i større konsentrasjon jo nærmere eksobasen. Atomene og molekylene er så langt fra hverandre at de kan bevege seg hundrevis av kilometer uten å kollidere med hverandre. Dermed oppfører ikke eksosfæren seg som en gass og partikler unnslipper stadig ut i verdensrommet. Disse frie partiklene følger ballistiske baner og kan migrere inn og ut av magnetosfæren eller solvinden.
Eksosfæren ligger for langt unna jorden til å være med i noen meteorologiske fenomener. Men aurora borealis (nordlys) og aurora australis (sørlys) oppstår i nedre del av eksosfæren, der dette fenomenet går et stykke inn i termosfæren. De fleste satellitter befinner seg i baner i eksosfæren.
Termosfæren Termosfæren er det nest høyeste laget av jordens atmosfære. Den strekker seg fra mesopausen (som skiller den fra mesosfæren) på en høyde av cirka 80 km opp til termopausen ved en høyde av 500 - 1000 km. Høyden til termopausen varierer på grunn av endringer i solaktiviteten. Fordi termopausen ligger i nedre grense av eksosfæren, er den også referert til som eksobasen. Den nedre delen av termosfæren, fra 80 - 550 km over jordens overflate, inneholder ionosfæren.
Temperaturen i termosfæren øker gradvis med høyden. I motsetning til stratosfæren under, hvor en temperaturinversjon finner sted på grunn av at ozon absorberer stråling, skjer inversjon i termosfæren på grunn av den svært lave tettheten av dens molekyler. Temperaturen i dette laget kan stige så høyt som til 1500 °C, selv om gassmolekylene er så langt fra hverandre at dens temperatur i vanlig forstand ikke er særlig meningsfull. Luften er så tynn at et enkelt molekyl, for eksempel oksygen, beveger seg gjennomsnittlig 1 km for hver kollisjon med andre molekyler.Ahrens, C. Donald. Essentials of Meteorology. Published by Thomson Brooks/Cole, 2005. Selv om termosfæren har en høy andel av molekyler med høy energi, ville det ikke føles varmt selv om et menneske skulle komme i direkte kontakt med den, fordi tettheten er for lav til å avgi noe energi av betydning til eller fra huden.
Dette laget er helt skyfritt og fritt for vanndamp. Imidlertid vil fenomener som ikke er av hydrometeorologi natur finne sted, som nordlys og sørlys som av og til forekommer helt ned i termosfæren. Den internasjonale romstasjonen går i en bane i dette laget, mellom 350 og 420 km.
Mesosfæren Mesosfæren er det tredje høyeste laget av jordens atmosfære, og opptar området ovenfor stratosfæren og under termosfæren. Den strekker seg fra stratopausen i en høyde av cirka 50 km til mesopausen 80 - 85 km over bakken.
Temperaturen synker med økende høyde opp til mesopause som markerer det høyeste sjiktet av dette midtre laget av atmosfæren. Det er det kaldeste området i jordens atmosfære, og har en gjennomsnittlig temperatur på rundt -85 °C.
Like nedenfor mesopausen er luften så kald at selv den svært knappe vanndamp i denne høyden kan være sublimert over til polare mesosfæeriske skyer. Dette er de høyeste skyene i atmosfæren og kan være synlig for det blotte øyet hvis sollys reflekteres mot dem en time eller to etter solnedgang eller tilsvarende lang tid før soloppgang. De er lettest synlige når solen er rundt 4° - 16° under horisonten. Noen typer lyn i den øvre atmosfæren omtalt som ånder og jetter kan opptre langt over nivået for troposfæriske tordenskyer. Mesosfæren er også det laget der de fleste meteorer brenner opp når de treffer jordens atmosfære. Det er for høyt over jorden til at jetfly og værballonger kan nå opp, og for lavt for romskip. Mesosfæren kan i hovedsak nås ved sonderaketter og rakettdrevne fly.
Stratosfæren Stratosfæren er det nest laveste laget av jordens atmosfære. Det ligger over troposfæren og er atskilt fra denne av tropopausen. Dette laget strekker seg fra toppen av troposfæren på omtrent 12 km over bakken til stratopausen i en høyde av cirka 50 - 55 km.
Det atmosfæriske trykket i den øverste delen av stratosfæren er omtrent 1/1000 av trykket ved havoverflaten. Stratosfæren inneholder ozonlaget som er den del av jordens atmosfære som inneholder en relativ høy konsentrasjon av denne gassen. Stratosfæren definerer et lag der temperaturen øker med økende høyde over havet. Denne økningen i temperaturen skyldes absorpsjon av ultrafiolett stråling (UV) fra solen som skjer i ozonlaget, noe som begrenser turbulens og blanding. Selv om temperaturen kan være –60 °C ved tropopausen, er temperaturen i toppen av stratosfæren mye høyere, og kan være nær 0 °C.
Den stratosfæriske temperaturprofilen skaper svært stabile atmosfæriske forhold, dermed mangler stratosfæren skytyper som skaper vær, som ellers er utbredt i troposfæren. Følgelig er stratosfæren nesten helt fri for skyer og andre former for vær. Imidlertid kan polare stratosfæriske eller perlemorskyer av og til observeres i nedre del av dette laget av atmosfæren, der luften er kaldest.
Stratosfæren er det høyeste laget som kan nås med jetfly.
Troposfæren