Atmosfera ziemska jest to powłoka gazowa otaczająca Ziemię.

Głównymi składnikami powietrza atmosferycznego są azottlen. Zawiera ono około 78% azotu i około 21% tlenu, co łącznie daje 99,2% masy atmosfery. Kolejnymi składnikami są: argon (0,93%) oraz śladowe ilości neonu, helu, metanu, kryptonuwodoru. Ilość owych gazów jest w atmosferze stała do wysokości około 100 km. W powietrzu występują także gazy, których udział jest zmienny, jak: para wodna, dwutlenek węgla i ozon. Do zmiennych składników atmosfery zalicza się także zanieczyszczenia powietrza, które pochodzą z różnorodnych zjawisk występujących na powierzchni Ziemi, zarówno bez udziału człowieka, np. wybuchy wulkanów, jak i w wyniku jego gospodarczej działalności.

Para wodna jest jedynym składnikiem atmosfery, który może zmieniać stan skupienia i w zależności od panujących warunków atmosferycznych przechodzić w stan stały lub ciekły. Pochodzi ona z parowania zbiorników wodnych, pokryw lodowych i śnieżnych oraz szaty roślinnej. W ciągu roku z powierzchni Ziemi wyparowanych zostaje około 520 tys. km³ wody, z czego 86% pochodzi z oceanów, a 14% z powierzchni lądów. Prawie cała para wodna skupia się w przypowierzchniowej warstwie atmosfery. Najwięcej jej występuje w pobliżu zbiorników wodnych, natomiast nad obszarami lądów, pozbawionych bliskości wody, np. na terenach pustynnych, jej ilość jest znikoma. Para wodna odgrywa bardzo istotną rolę w atmosferze. Pochłania bowiem promieniowanie podczerwone, a w postaci chmur pochłania, odbija i rozprasza promieniowanie pochodzące zarówno od Słońca, jak i z powierzchni Ziemi. Wpływa przez to na bilans cieplny powierzchni Ziemi i atmosfery.

Istotnym, zmiennym składnikiem atmosfery jest także dwutlenek węgla. Jego źródłem są procesy spalania surowców energetycznych, oddychanie organizmów żywych oraz rozkład materii organicznej. Ma on zdolność przepuszczania krótkofalowego promieniowania Słońca i zatrzymywania promieniowania długofalowego (podczerwonego), pochodzącego z Ziemi. W ten sposób przyczynia się do podwyższenia temperatury powierzchni Ziemi.

Bardzo ważnym składnikiem atmosfery jest także ozon. Jego największa koncentracja ma miejsce w stratosferze na wysokości 20 - 30 km nad powierzchnią Ziemi. Powstaje on w wyniku reakcji fotochemicznych pod wpływem promieniowania nadfioletowego. Promieniowanie to powoduje rozpad cząsteczek tlenu na atomy. Z kolei zderzenie tych atomów z cząsteczką tlenu prowadzi do powstania ozonu. Odgrywa on niezwykle ważną rolę w atmosferze, gdyż pochłania promieniowanie nadfioletowe Słońca, przez co chroni życie biologiczne na Ziemi przed jego szkodliwym wpływem.

W powietrzu atmosferycznym występują także domieszki, które stanowią substancje ciekłe i stałe, tzw. aerozole. Są nimi: pyłki roślin, bakterie, popioły (wulkaniczne i przemysłowe), czy cząstki soli. Występują one wyłącznie w przypowierzchniowej warstwie Ziemi.

Tab. 1. Skład powietrza atmosferycznego

Pierwiastek

Skład procentowy

Azot

78,08

Tlen

20,95

Argon

0,93

Para wodna

0,0 - 3,0

Dwutlenek węgla

0,03

Neon, Hel, Krypton. Wodór, Ksenon, Ozon

setne i tysięczne części procenta

Atmosfera wykazuje duże zróżnicowanie następujące wraz z wysokością nad powierzchnią Ziemi. W jej obrębie wyróżnia się warstwy, różniące się między sobą pod względem właściwości fizycznych. Są to kolejno:

  • Troposfera - jest to najbliższa powierzchni Ziemi warstwa. Jej grubość największa jest na równiku, gdzie sięga około 18 km, a najmniejsza nad biegunami, gdzie wynosi 7 km. Warstwa ta zawiera ok. 80% całej masy powietrza, prawie całą parę wodną atmosfery oraz wszystkie zanieczyszczenia atmosferyczne. Wraz ze wzrostem wysokości obserwuje się w tej warstwie spadek temperatury i wilgotności powietrza. Temperatura spada średnio o 0,6ºC na 100 m wysokości. Przy górnej granicy osiąga około -50ºC. Zachodzą w niej wszystkie zjawiska i procesy kształtujące pogodę i klimat na Ziemi.
    • Tropopauza - jest to warstwa przejściowa o grubości ok. 1 - 2 km, która oddziela troposferę od kolejnej warstwy.
  • Stratosfera - jest to warstwa sięgająca do około 50 km nad powierzchnią Ziemi. Następuje w niej wzrost temperatury, aż do 0ºC przy jej górnej granicy. W jej górnej części znajduje się warstwa ozonowa, tzw. ozonosfera, w której koncentruje się prawie cały ozon atmosfery pochłaniający szkodliwe promieniowanie nadfioletowe.
    • Stratopauza - warstwa przejściowa oddzielająca stratosferę od mezosfery.
  • Mezosfera - jest to warstwa wznosząca się do 80 km nad powierzchnią Ziemi. Notuje się w niej spadek temperatury wraz z wysokością do około -80ºC.
    • Mezopauza - warstwa przejściowa między mezosferą a termosferą.
  • Termosfera - jest to warstwa sięgająca około 800 km nad Ziemią. Występuje w niej stały wzrost temperatury powietrza do ponad 1 000ºC. Częścią tej warstwy jest jonosfera, w której występują atomy i cząsteczki gazów naładowanych elektrycznie.
    • Termopauza - warstwa przejściowa oddzielająca termosferę od egzosfery.
  • Egzosfera - jest to najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery, której górna granica jest bardzo trudna do określenia. Gazy są tu już bardzo rozrzedzone i często nie utrzymują się w polu grawitacyjnym Ziemi, uciekając w przestrzeń kosmiczną. Temperatura w tej warstwie obniża się, aż do -273ºC w przestrzeni międzyplanetarnej.

Tab. 2. Pionowy przekrój przez atmosferę ziemską

Warstwa atmosfery

Średnia wysokość w km

Troposfera

0 - 11

Tropopauza

Stratosfera

11 - 50

Stratopauza

Mezosfera

50 - 85

Mezopauza

Termosfera

85 - 800

Termopauza

Egzosfera

800 - ok. 2 000

W dolnej warstwie atmosfery - troposferze - zachodzą procesy kształtujące pogodę i klimat na Ziemi.

Pogoda jest to aktualny stan atmosfery w danym miejscu. Do jej głównych składników należą: temperatura powietrza, ciśnienie, wilgotność, wiatr, zachmurzenie, opady i osady atmosferyczne.

Klimat jest to całokształt stanów pogody właściwy danemu miejscu, określony na podstawie wieloletnich obserwacji. Jego składniki są takie same jak składniki pogody. Na charakter klimatu wpływ ma szereg tzw. geograficznych czynników klimatycznych, przede wszystkim:

  • szerokość geograficzna obszaru,
  • rozkład lądów i oceanów,
  • wysokość nad poziomem morza,
  • ukształtowanie powierzchni terenu,
  • prądy morskie,
  • szata roślinna,
  • pokrywa powierzchni terenu, np. śnieżna, lodowa, pustynna.

Owe czynniki wpływają na zróżnicowanie warunków klimatycznych na powierzchni Ziemi. Wraz ze zmianami szerokości geograficznej, a co za tym idzie i dopływu promieni słonecznych, następuje strefowe zróżnicowanie klimatów. Na tej podstawie na Ziemi wyróżnia się pięć podstawowych stref klimatycznych:

    • strefa klimatów równikowych,
    • strefa klimatów zwrotnikowych,
    • strefa klimatów podzwrotnikowych,
    • strefa klimatów umiarkowanych,
    • strefa klimatów okołobiegunowych.

Pozostałe czynniki klimatyczne tę strefowość zakłócają, powodując zróżnicowanie wewnątrz poszczególnych stref.

Badaniem zjawisk i procesów fizycznych zachodzących w atmosferze ziemskiej zajmuje się meteorologia. Obserwacjami klimatu, badaniami warunków jego kształtowania i jego prognozowaniem zajmuje się klimatologia.