Толщина атмосферы составляет лишь очень небольшую часть радиуса земного шара. Слабые признаки воздушных молекул отмечаются в виде свечения (высшей точки лучей полярных сияний, по Штёрмеру) на высоте до 800—1200 км.
Если принять эту высоту за крайний предел ощутимого для нас присутствия воздуха, то атмосферная оболочка земного шара составит примерно 0.2 его радиуса. Главная масса атмосферы сосредоточена в самых нижних ее слоях. Примерно 3/4 ее находится в слое высотой до 12 км. Все явления погоды возникают и развиваются исключительно в этом слое атмосферы. Наблюдения показали, что атмосферный воздух на высотах до 16—18 км имеет приблизительно один и тот же состав. Он представляет собой физическую смесь нескольких газов.
Кроме газов, составляющих воздух, в атмосфере земного шара находится вода во всех ее состояниях (твердом, жидком и газообразном), носятся частички различных веществ в жидком и твердом виде; имеются продукты горения, различные споры растений, озон, углекислота и пр. Все эти вещества играют громадную роль в явлениях погоды. Содержание их не остается постоянным для разных высот и периодов времени. Поэтому они считаются примесями к воздуху нормального состава.
Из физики известно, что в случаях соприкосновения твердого тела с газом наблюдаются два явления: 1) сгущение газа на поверхности тела (адсорбция, которая особенно велика у тел пористых, обладающих большой поверхностью соприкосновения с газом) и 2) непосредственное поглощение газа твердым телом (абсорбция). Последнее явление несколько напоминает растворение.
Нас интересует, главным образом, явление адсорбции. Очевидно, что чем меньше размеры пылинки, тем большее значение приобретает присутствие на ней газового слоя. С уменьшением размеров тела отношение его поверхности к массе увеличивается.
Слой воздуха, как бы прилипнувший к пылинке, имеет особенное значение тогда, когда происходит нагревание воздуха солнечными лучами.
Чистый воздух поглощает сравнительно ничтожные количества энергии солнечных лучей, пылинки же поглощают эту энергию почти полностью. Нагреваясь, они передают тепло окружающему их слою воздуха. Последний, расширяясь, делается легче окружающего воздуха и при благоприятных условиях может сообщить пылинке некоторую, хотя и ничтожную, подъемную силу. Одновременно газовый слой создает препятствия сцеплению частичек при их ударе друг о друга.
Здесь мы сталкиваемся с одним из важнейших вопросов физики атмосферы. Следует напомнить, что динозавры вымерли, возможно, от пепла, который извергнули вулканы. Тогда атомсфера Земли совсем поменялась (источник: http://dinozavr-vernis.com). Действительно, как бы ни была мала частичка воды или другого вещества, ее плотность будет всегда больше плотности воздуха. Следовательно, под действием силы тяжести она должна опускаться вниз, на земную поверхность. Скорость опускания зависит от сопротивления воздуха, которое определяется размером частички. С уменьшением ее сопротивление относительно возрастает, а скорость движения уменьшается.
Скорость падения частички быстро уменьшается, если уменьшается ее размер. Однако даже самые малые частички (например, размером в 0.001 см) имеют скорость в 0.1 см/сек. Они проходят за час путь длиной в 360 м. Таким образом, при неподвижном воздухе содержащиеся в нем частички должны опуститься на земную поверхность всего за несколько часов. Исключаются, конечно, такие частички, которые уже по своей микроскопичности, значения для атмосферных явлений (исключая оптические) не имеют.
Между тем, содержание воды в капельном виде, например в тумане, достигает при температуре около 0° от 2.0 до 4.8 г на 1 см3, что дает при предполагаемом радиусе капли в 10^-3 (0.001) см около 200—500 капель на 1 см3. Пылинки других веществ не только постоянно находятся в воздухе, но беспрерывно поступают в верхние слои с земной поверхности. Облачные массы, состоящие из мельчайших капелек воды или кристалликов льда, долгое время удерживаются на одной и той же высоте без заметного выпадения частичек. Таким образом, загадка нахождения капель в воздухе не может быть объяснена только медленным падением капель.