La atmósfera de la Tierra tiene cuatro capas distintas, así como una capa exterior enrarecida que puede extenderse hasta 10.000 kilómetros (6.214 millas) del planeta en ausencia de viento solar. La capa atmosférica más baja es la troposfera, y la capa justo encima de ella es la estratosfera. Entre los factores que los definen como dos capas separadas se encuentran las diferencias en la presión del aire, la temperatura, el gradiente de temperatura, la velocidad del viento y la dirección del viento.
Un límite cambiante
El límite entre la troposfera y la estratosfera se llama tropopausa y no es constante. Está a unos 8 kilómetros (5 millas) sobre el suelo en los polos y aproximadamente el doble en el ecuador. La tropopausa es una isoterma, una región de temperatura estable, por debajo de la cual tiene lugar todo el clima del planeta. La tropopausa suele marcar el límite superior de la actividad de las nubes; en lugar de elevarse por encima de esta isoterma, las grandes nubes de tormenta generalmente se extienden horizontalmente en forma de yunque. Ciertos tipos de nubes, llamadas nubes nacaradas o nácar, se forman en la estratosfera, pero generalmente solo en latitudes entre 60 y 90 grados y solo en invierno.
Gradientes de temperatura
Los patrones climáticos ocurren en la troposfera porque el aire cerca del suelo es más cálido que el aire en altitudes más altas; este fenómeno es el resultado del hecho de que el suelo absorbe e irradia calor del sol. Debido a este gradiente de temperatura negativo con respecto a la altitud, el aire cálido puede subir y crear una corriente de convección que produce vientos y nubes. En la estratosfera, que se extiende a una altitud de unos 50 kilómetros (31 millas), la temperatura aumenta con altitud como resultado del hecho de que la capa de ozono en la estratosfera superior absorbe la luz solar e irradia calor hacia abajo. La tropopausa es la región de temperatura constante en la que cambia la dirección del gradiente.
Actividad del viento
La propensión a que el aire caliente cargado de humedad suba y el aire frío caiga en la troposfera crea vientos, nubes y precipitaciones. Debido a las variaciones locales de temperatura y presión del aire, estos vientos pueden ser irregulares y, a veces, extremos. En la estratosfera, donde la presión del aire es mucho menor y un techo de aire más cálido evita corrientes de convección de la formación, las condiciones son más estables. Prácticamente no hay turbulencia aquí, que es causada por los movimientos verticales del aire, y los vientos que existen, aunque fuertes, son constantes y soplan en dirección horizontal. Los aviones comerciales vuelan en la estratosfera inferior para evitar turbulencias.
Presión de aire estratosférica
La troposfera contiene alrededor del 75 por ciento de los gases en la atmósfera y la estratosfera, que tiene un volumen mayor, contiene alrededor del 19 por ciento de estos gases. En consecuencia, la presión del aire en la estratosfera es más baja: en promedio, la presión en la estratosfera es solo alrededor del 10 por ciento o menos de la presión al nivel del mar. La capa de ozono, ubicada en la parte superior de la estratosfera, es una de las características más importantes de esta capa atmosférica. Además de crear un techo de aire caliente que evita que se formen corrientes de convección, filtra la radiación ultravioleta del sol que dañaría la vida en la superficie.