L'atmosphère terrestre a quatre couches distinctes, ainsi qu'une couche externe raréfiée qui peut s'étendre jusqu'à 10 000 kilomètres (6 214 miles) de la planète en l'absence de vent solaire. La couche atmosphérique la plus basse est la troposphère, et la couche juste au-dessus est la stratosphère. Parmi les facteurs qui les définissent comme deux couches distinctes figurent les différences de pression atmosphérique, de température, de gradient de température, de vitesse et de direction du vent.
Une frontière mouvante
La limite entre la troposphère et la stratosphère s'appelle la tropopause, et elle n'est pas constante. C'est à environ 8 kilomètres (5 miles) au-dessus du sol aux pôles et environ le double à l'équateur. La tropopause est une isotherme, une région de température stable, en dessous de laquelle se déroule tout le temps de la planète. La tropopause marque généralement la limite supérieure de l'activité des nuages; au lieu de s'élever au-dessus de cette isotherme, les gros nuages d'orage s'étalent généralement horizontalement en forme d'enclume. Certains types de nuages, appelés nuages nacrés ou nacrés, se forment dans la stratosphère, mais généralement uniquement à des latitudes comprises entre 60 et 90 degrés et uniquement en hiver.
Gradients de température
Les conditions météorologiques se produisent dans la troposphère parce que l'air près du sol est plus chaud que l'air à des altitudes plus élevées; ce phénomène est dû au fait que le sol absorbe et rayonne la chaleur du soleil. En raison de ce gradient de température négatif par rapport à l'altitude, l'air chaud peut s'élever et créer un courant de convection qui produit des vents et des nuages. Dans la stratosphère, qui s'étend jusqu'à une altitude d'environ 50 kilomètres (31 miles), la température augmente avec altitude en raison du fait que la couche d'ozone dans la stratosphère supérieure absorbe la lumière du soleil et émet de la chaleur vers le bas. La tropopause est la région de température constante dans laquelle la direction du gradient change.
Activité du vent
La propension de l'air chaud chargé d'humidité à monter et de l'air froid à descendre dans la troposphère crée des vents, des nuages et des précipitations. En raison des variations locales de température et de pression atmosphérique, ces vents peuvent être irréguliers et parfois extrêmes. Dans la stratosphère, où la pression atmosphérique est beaucoup plus faible et un plafond d'air plus chaud empêche les courants de convection à partir de la formation, les conditions sont plus stables. Il n'y a pratiquement aucune turbulence ici, qui est causée par des mouvements d'air verticaux, et les vents qui existent, bien que forts, sont constants et soufflent dans une direction horizontale. Les avions commerciaux volent dans la basse stratosphère pour éviter les turbulences.
Pression atmosphérique stratosphérique
La troposphère contient environ 75 pour cent des gaz de l'atmosphère, et la stratosphère, qui a un volume plus important, contient environ 19 pour cent de ces gaz. La pression atmosphérique dans la stratosphère est donc plus faible: en moyenne, la pression dans la stratosphère n'est que d'environ 10 pour cent ou moins de la pression au niveau de la mer. La couche d'ozone, située au sommet de la stratosphère, est l'une des caractéristiques les plus importantes de cette couche atmosphérique. En plus de créer un plafond d'air chaud qui empêche la formation de courants de convection, il filtre les rayons ultraviolets du soleil qui seraient dommageables pour la vie à la surface.