Die Erdatmosphäre besteht aus vier verschiedenen Schichten sowie einer verdünnten äußeren Schicht, die sich ohne Sonnenwind bis zu 10.000 Kilometer (6.214 Meilen) vom Planeten erstrecken kann. Die unterste atmosphärische Schicht ist die Troposphäre, und die Schicht direkt darüber ist die Stratosphäre. Zu den Faktoren, die diese als zwei separate Schichten definieren, gehören Unterschiede in Luftdruck, Temperatur, Temperaturgradient, Windgeschwindigkeit und Windrichtung.
Eine sich verschiebende Grenze
Die Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre wird als Tropopause bezeichnet und ist nicht konstant. Er liegt an den Polen etwa 8 Kilometer über dem Boden und am Äquator etwa doppelt so hoch. Die Tropopause ist eine Isotherme – eine Region mit stabiler Temperatur – unterhalb derer sich das gesamte Wetter des Planeten abspielt. Die Tropopause markiert typischerweise die oberste Grenze der Wolkenaktivität; Anstatt über diese Isotherme aufzusteigen, breiten sich große Gewitterwolken typischerweise horizontal in Ambossform aus. Bestimmte Arten von Wolken – Perlmutt- oder Perlmuttwolken genannt – bilden sich in der Stratosphäre, aber normalerweise nur in Breiten zwischen 60 und 90 Grad und nur im Winter.
Temperaturgradienten
Wettermuster treten in der Troposphäre auf, weil die Luft in Bodennähe wärmer ist als die Luft in höheren Lagen; Dieses Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass der Boden die Sonnenwärme aufnimmt und abstrahlt. Aufgrund dieses negativen Temperaturgradienten in Bezug auf die Höhe kann warme Luft aufsteigen und eine Konvektionsströmung erzeugen, die Wind und Wolken erzeugt. In der Stratosphäre, die sich bis in etwa 50 Kilometer Höhe erstreckt, steigt die Temperatur mit Höhe dadurch, dass die Ozonschicht in der oberen Stratosphäre Sonnenlicht absorbiert und Wärme abstrahlt nach unten. Die Tropopause ist der Bereich konstanter Temperatur, in dem sich die Richtung des Gradienten ändert.
Windaktivität
Die Neigung, dass warme, feuchtigkeitshaltige Luft in der Troposphäre aufsteigt und kühle Luft abfällt, erzeugt Wind, Wolken und Niederschlag. Aufgrund lokaler Temperatur- und Luftdruckschwankungen können diese Winde unregelmäßig und manchmal extrem sein. In der Stratosphäre, wo der Luftdruck viel geringer ist und eine Decke aus wärmerer Luft verhindert Konvektionsströme durch die Bildung sind die Bedingungen stabiler. Hier gibt es praktisch keine Turbulenzen, die durch vertikale Luftbewegungen verursacht werden, und die vorhandenen Winde sind zwar stark, aber stetig und wehen in horizontaler Richtung. Verkehrsflugzeuge fliegen in der unteren Stratosphäre, um Turbulenzen zu vermeiden.
Stratosphärischer Luftdruck
Die Troposphäre enthält etwa 75 Prozent der Gase der Atmosphäre und die Stratosphäre, die ein größeres Volumen hat, enthält etwa 19 Prozent dieser Gase. Dementsprechend geringer ist der Luftdruck in der Stratosphäre: Im Durchschnitt beträgt der Druck in der Stratosphäre nur etwa 10 Prozent oder weniger des Drucks auf Meereshöhe. Die Ozonschicht, die sich an der Spitze der Stratosphäre befindet, ist eines der wichtigsten Merkmale dieser atmosphärischen Schicht. Sie schafft nicht nur eine warme Luftdecke, die die Bildung von Konvektionsströmen verhindert, sondern filtert auch ultraviolette Strahlung der Sonne heraus, die das Leben an der Oberfläche schädigen würde.