A atmosfera da Terra tem quatro camadas distintas, bem como uma camada externa rarefeita que pode se estender até 10.000 quilômetros (6.214 milhas) do planeta na ausência de vento solar. A camada atmosférica mais baixa é a troposfera, e a camada logo acima dela é a estratosfera. Entre os fatores que os definem como duas camadas separadas estão as diferenças na pressão do ar, temperatura, gradiente de temperatura, velocidade e direção do vento.
Um limite variável
A fronteira entre a troposfera e a estratosfera é chamada de tropopausa e não é constante. Está a cerca de 8 quilômetros (5 milhas) acima do solo nos pólos e cerca de duas vezes isso no equador. A tropopausa é uma isoterma - uma região de temperatura estável - abaixo da qual ocorre todo o clima do planeta. A tropopausa geralmente marca o limite superior da atividade da nuvem; em vez de se elevar acima dessa isotérmica, grandes nuvens de tempestade normalmente se espalham horizontalmente em forma de bigorna. Certos tipos de nuvens - chamadas nuvens nacaradas ou madrepérolas - se formam na estratosfera, mas geralmente apenas em latitudes entre 60 e 90 graus e apenas no inverno.
Gradientes de Temperatura
Os padrões climáticos ocorrem na troposfera porque o ar próximo ao solo é mais quente do que o ar em altitudes mais elevadas; esse fenômeno é resultado do fato de que o solo absorve e irradia o calor do sol. Por causa desse gradiente negativo de temperatura em relação à altitude, o ar quente pode subir e criar uma corrente de convecção que produz ventos e nuvens. Na estratosfera, que se estende a uma altitude de cerca de 50 quilômetros (31 milhas), a temperatura aumenta com altitude como resultado do fato de que a camada de ozônio na alta estratosfera absorve a luz do sol e irradia calor para baixo. A tropopausa é a região de temperatura constante na qual a direção do gradiente muda.
Atividade do Vento
A propensão para o ar quente e úmido subir e o ar frio descer na troposfera cria ventos, nuvens e precipitação. Devido às variações locais de temperatura e pressão atmosférica, esses ventos podem ser irregulares e, às vezes, extremos. Na estratosfera, onde a pressão do ar é muito mais baixa e um teto de ar mais quente impede correntes de convecção desde a formação, as condições são mais estáveis. Praticamente não há turbulência aqui, que é causada por movimentos verticais do ar, e os ventos que existem, embora fortes, são constantes e sopram na direção horizontal. Os aviões comerciais voam na estratosfera mais baixa para evitar turbulências.
Pressão do ar estratosférico
A troposfera contém cerca de 75% dos gases da atmosfera, e a estratosfera, que possui um volume maior, contém cerca de 19% desses gases. A pressão do ar na estratosfera é consequentemente mais baixa: em média, a pressão na estratosfera é apenas cerca de 10 por cento ou menos da pressão ao nível do mar. A camada de ozônio, localizada no topo da estratosfera, é uma das características mais importantes dessa camada atmosférica. Além de criar um teto de ar quente que impede a formação de correntes de convecção, ele filtra a radiação ultravioleta do sol que seria prejudicial à vida na superfície.