Стратосфера

Вище за тропосферу розташована стратосфера (від грецького «стратіум» - настил, шар). Її маса складає 20% від маси атмосфери.

Верхня межа стратосфери розташована від поверхні Землі на висоті:

- у тропічних широтах (екваторі) 50 - 55 км.:

- у помірних широтах до 50 км.;

- у полярних широтах (полюсах) 40 - 50 км.

У стратосфері повітря у міру підйому нагрівається, при цьому температура повітря підвищується з висотою в середньому на 1 - 2 градуси на 1 км. підйому і досягає на верхній межі до +50⁰С.

Підвищення температури з висотою обумовлене головним чином озоном, який поглинає ультрафіолетову частину сонячної радіації. На висоті 20 - 25 км від поверхні Землі розташований дуже тонкий (всього декілька сантиметрів) озоновий шар.

Стратосфера дуже бідна на водяну пару, тут не буває опадів, хоча іноді на висоті 30 км. утворюються хмари.

На основі спостережень в стратосфері встановлені турбулентні обурення і сильні вітри, що дмуть у різних напрямах. Як і в тропосфері, відзначаються потужні повітряні вихори, які особливо небезпечні для високошвидкісних літальних апаратів.

Сильні вітри, що називаються струминними течіями, дмуть у вузьких зонах уздовж меж помірних широт, звернених до полюсів. Проте ці зони можуть зміщуватися, зникати і з'являтися знову. Струминні течії зазвичай проникають в тропопаузу і з'являються у верхніх шарах тропосфери, але їх швидкість швидко зменшується з пониженням висоти.

Можливо, частина енергії, що поступає в стратосферу (що головним чином витрачається на утворення озону) пов'язано атмосферними фронтами, де великі потоки стратосферного повітря були зареєстровані істотно нижче тропопаузи, а тропосферне повітря залучається до нижніх шарів стратосфери.

Мезосфера

Вище за стратопаузу розташована мезосфера (від грецького «мезос» - середній).

Верхня межа мезосфери розташована на висоті від поверхні Землі :

- у тропічних широтах (екваторі) 80 - 85 км.;

- у помірних широтах до 80 км.;

- у полярних широтах (полюсах) 70 - 80 км.

У мезосфері температура знижується до - 600С. - 1000⁰С. на її верхній межі.

У полярних регіонах влітку в мезопаузі часто з'являються хмарні системи, які займають велику площу, але мають незначний вертикальний розвиток. Такі хмари, що світяться ночами, часто дозволяють виявляти великомасштабні хвилеподібні рухи повітря в мезосфері. Склад цих хмар, джерела вологи і ядер конденсації, динаміка і зв'язок з метеорологічними чинниками доки ще недостатньо вивчені.

Термосфера

Вище за мезопаузу розташована термосфера (від грецького «термос» - теплий).

Верхня межа термосфери розташована на висоті від поверхні Землі :

- у тропічних широтах (екваторі) до 800 км.;

- у помірних широтах до 700 км.;

- у полярних широтах (полюсах) до 650 км.

У термосфері температура знову підвищується, досягаючи у верхніх шарах 2000⁰С.

Необхідно помітити, що на висотах 400 - 500 км. і вище температура повітря не може бути визначена жодним з відомих методів, внаслідок надзвичайної розрядки атмосфери. Про температуру повітря на таких висотах доводиться судити по енергії газових часток, що переміщаються в газових потоках.

Підвищення температури повітря в термосфері пов'язане з поглинанням ультрафіолетового випромінювання і утворенням іонів і електронів в атомах і молекулах газів тих, що містяться в атмосфері.

У термосфері тиск і, отже, щільність газу з висотою поступово зменшується. Поблизу земної поверхні в 1 м³. повітря міститься близько 2,5х1025 молекул, на висоті близько 100 км в нижніх шарах термосфери в 1 м³ повітря міститься близько 2,5х1025 молекул. На висоті 200 км., в іоносфері в 1 м³. повітря міститься 5х1015 молекул. На висоті близько 850 км. в 1м. повітря міститься 1012 молекули. У міжпланетному просторі концентрація молекул складає 108 - 109 на 1 м³. На висоті близько 100 км. кількість молекул невелика, але вони рідко стикаються між собою. Середня відстань, яка долає молекула, що хаотично рухається, до зіткнення з іншою такою ж молекулою, називається її середнім вільним пробігом.

При певній температурі швидкість руху молекули залежить від маси: легші молекули рухаються швидше за важку. У нижній атмосфері, де вільний пробіг дуже короткий, не спостерігається помітного розділення газів по їх молекулярній вазі, але воно виражене вище 100 км. Окрім цього, під впливом ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання Сонця молекули кисню розпадаються на атоми, маса яких складає половину маси молекули. Тому у міру видалення від поверхні Землі атмосферний кисень набуває все більшого значення у складі атмосфери на висоті близько 200 км. стає головним компонентом.

Вище, приблизно на відстані 1200 км. від поверхні Землі переважають легкі гази гелій і водень. З них і складається зовнішня оболонка атмосфери.

Таке розширення по вазі називається дифузним розширенням, нагадує розділення сумішей за допомогою центрифуги.