Wenn man die spärlichen oberen Regionen nicht mitzählt, die sich wohl auf halbem Weg zum Mond erstrecken und sich allmählich in den Weltraum auflösen, ist die Erdatmosphäre dünn. Es erstreckt sich etwa 1000 Kilometer vom Boden bis zur Spitze der Thermosphäre. Innerhalb dieser zarten, lebenserhaltenden Decke befinden sich vier verschiedene Regionen: die Troposphäre, die Stratosphäre, die Mesosphäre und die Thermosphäre. Jede Region weist einen ausgeprägten Temperaturgradienten auf, und in zwei von ihnen ist der Gradient negativ, was bedeutet, dass die Temperaturen mit der Höhe abnehmen. Diese beiden Regionen sind die Troposphäre und der Mesosphäre.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
In zwei atmosphärischen Regionen der Erde nimmt die Temperatur mit der Höhe ab: der Troposphäre und der Mesosphäre. Die Troposphäre ist die bodennächste Region und die Mesosphäre liegt knapp über der Ozonschicht.
Die Troposphäre – Wo das Wetter passiert
Ausgedehnt vom Boden bis zu einer Höhe von etwa 10 km (6,2 Meilen; 33.000 Fuß) ist die Troposphäre gerade dick genug, um den Mount Everest zu umhüllen. Es enthält etwa 75 Prozent der Luft und 99 Prozent des Wasserdampfs in der Atmosphäre. Seine Dichte ist an der Grenzschicht am höchsten, wo die Atmosphäre auf den Boden trifft, und am niedrigsten in der Tropopause, wo die Stratosphäre beginnt.
Die Temperaturen nehmen mit der Höhe in der Troposphäre mit einer Rate von etwa 6,5 Grad Celsius (11,7 Grad Fahrenheit) pro Kilometer ab, je nach Wetterlage. Dies geschieht durch den abnehmenden Luftdruck mit der Höhe. Wenn der Druck abnimmt, dehnt sich die Luft aus und kühlt sich dabei ab. Entsprechend diesem Gradienten ist die Temperatur an der Tropopause im Durchschnitt etwa 65 °C (117 °F) kälter als an der Grenzschicht.
Die Mesosphäre – über der Ozonschicht
Da Ozon mit Sonnenlicht interagiert, hat die Ozonschicht an der Spitze der Stratosphäre eine wärmende Wirkung, und in dieser Schicht der Atmosphäre ist der Temperaturgradient positiv. Steigt man jedoch über die Ozonschicht und betritt die Mesosphäre, wird der Gradient wieder negativ.
Die Mesosphäre erstreckt sich von Höhen von etwa 50 km (31 Meilen) bis 85 km (53 Meilen). In dieser Schicht beträgt der Luftdruck nur etwa 1 Prozent des Meeresspiegels, aber das ist immer noch genug Luft, um Meteore zu verbrennen. An der Spitze der Mesosphäre – der Mesopause – haben Wissenschaftler die kältesten Temperaturen in der Atmosphäre aufgezeichnet. Sie sind um -90 C (-130 F).
Ab ins All
In der obersten Schicht der Atmosphäre, der Thermosphäre, steigen die Temperaturen aufgrund der Absorption des ultravioletten Sonnenlichts mit der Höhe wieder an. An der Oberseite dieser Schicht können die Temperaturen von 500 °C (932 °F) bis 2000 °C (3.632 °F) oder höher variieren. Die hochenergetische Strahlung der Sonne ionisiert Partikel in dieser Schicht, weshalb sie manchmal als Ionosphäre bezeichnet wird. Es ist die Schicht, in der die Polarlichter vorkommen.
Einige Wissenschaftler identifizieren eine fünfte Schicht, die über der Thermosphäre beginnt und sich von 100.000 bis 200.000 km (62.000 bis 120.000 Meilen) in den Weltraum erstreckt. In dieser Schicht, der sogenannten Exosphäre, lässt die Luftdichte allmählich nach. Obwohl es keinen klaren Gradienten gibt, können die Temperaturen von 0 °C (32 °F) bis 1.700 °C (3.092 °F) variieren. je nach Tag oder Nacht ist die Partikelkonzentration zu gering, um Wärme zu leiten, jedoch.