Die gesamte die Erde umgebende Gashülle wird als Atmosphäre bezeichnet. Man unterscheidet im Wesentlichen fünf unterschiedliche Gasschichten.
Unser Leben spielt sich in den unteren 1 – 1,5 Promille der gesamten Lufthülle ab.
Die Grafik zeigt den Aufbau der kompletten Lufthülle in den tatsächlichen Relationen. Die angegebenen Höhen der Schichten schwanken z. B. bei der Tropopause (Übergang Troposphäre/Stratosphäre) zwischen 8 bis 15 km, bei der Mesopause (Übergang Mesosphäre/Thermosphäre) zwischen 50 bis 80 km. Diese Schwankungen sind aber irrelevant, da diese Grenzen nicht als tatsächliche Grenzschichten in Erscheinung treten.
Die gesamte Atmosphäre ist ein durchgehendes Gasgemisch, welches aufgrund der Schwerkraft auf der Erdkugel lastet und in der Dichte von unten nach oben immer dünner wird. Hauptgase sind Stickstoff mit ca. 78 %, Sauerstoff mit ca. 20 %, Edelgase mit 1 % und der Rest Spurengase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Ozon (O3).
Der Luftdruck ist die Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase.
Exosphäre
Die äußerste und räumlich mächtigste Hülle der Atmosphäre bildet die Exosphäre. Die Exosphäre geht fließend in den interstellaren Raum über. Aufgrund der extrem geringen Gasdichte und der hohen Intensität der elektromagnetischen Strahlung von der Sonne bewegen sich die Gasmoleküle mit hoher Geschwindigkeit und in großem Abstand. Theoretisch würden die Temperaturen weit über 1000° Celsius betragen, sofern dort entsprechende Materie zur Absorption vorhanden wäre. Aufgrund der hohen UV-Strahlungsintensität sind alle Gasmoleküle ionisiert. Elektromagnetische Strahlen können die Exosphäre widerstandslos in alle Richtungen durchqueren. Auf der Sonnenseite zur Erde und im abgeschatteten Bereich von der Erde ins All.
Thermospäre
An die Exosphäre schließt sich die Thermosphäre an (Bereich zwischen 80 und ca. 600 km über der Erdoberfläche). Die Luftdichte ist hier immer noch extrem gering und die theoretischen Temperaturen liegen bei 300 °C in der Nacht und bei ca. 1500°C am Tag, also ähnliche Verhältnisse wie in der Exosphäre. Raumschiffe und Satelliten umkreisen die Erde in der Thermosphäre. Auch die Thermosphäre stellt für die elektromagnetische Strahlung kein Hindernis dar.
Mesosphäre
In der Mesosphäre, also der mittleren Schicht zwischen 50 und 80 km Höhe, beginnt die Gashülle langsam dichter zu werden. Deren Dichte beginnt bei 0,05 Promille und reicht bis 2 Promille von der Luftdichte auf Meereshöhe. Diese Dichte reicht aber schon aus, um kleinere Meteoriten, die mit sehr hoher Geschwindigkeit in das Anziehungsfeld der Erde eintreten, durch die Reibung zum Verglühen zu bringen, was wir dann als Sternschnuppen sehen können. In der Mesosphäre kann es in den höheren Schichten bis zu - 100 °C kalt werden, weshalb diese Schicht als die kälteste Schicht in der Atmosphäre gilt.
Stratosphäre
In der Stratosphäre (15 bis 50 km über der Erdoberfläche) nimmt die Temperatur von ca. - 80 °C an der Tropopause (erdnahe Schicht) bis auf ca. 0 °C an der Stratopause (erdferne Schicht) zu. Im mittleren bis oberen Bereich der Stratosphäre befindet sich die lebenswichtige Ozonschicht, die ursächlich für den Temperaturanstieg in der Stratosphäre verantwortlich ist. Energiereiche UV-Strahlung von der Sonne wird hier absorbiert und in Wärme umgewandelt und damit unser Lebensraum vor schädlicher UV-Strahlung geschützt.
Troposphäre
Die Troposphäre ist räumlich gesehen zwar die dünnste Schicht, aber 80-90 % der gesamten Luftmasse sowie nahezu der gesamte Wasserdampf der Atmosphäre befinden sich hier. Es ist die Schicht, in der wir leben, unser Lebensraum.
Dieser Lebensraum auf der Erde erhält die notwendige Wärme von der Sonne. Mit zunehmender Höhe nimmt die Temperatur pro 1000 m um 6,5-8 °C ab auf bis zu - 80 °C an der Tropopause. Diese Temperaturabnahme ist physikalisch bedingt aufgrund der abnehmenden Gasdichte!
Atmospärische Grenzschicht
Die untere, 2000 m hohe Schicht der Atmosphäre wird auch als atmosphärische Grenzschicht bezeichnet. Diese Schicht wird von der Erdoberfläche sowie der Wasseroberfläche beeinflusst, z. B. durch die Temperatur, Feuchtigkeit, Widerstände durch Erhebungen etc.
Stellt sich die Frage:
Wie kann es in der unteren Schicht der Troposphäre warm und immer wärmer werden, wenn in 10 bis 15 km Höhe bereits Temperaturen bis zu -80° C herrschen und bekanntermaßen warme Luftmassen aufsteigen?