Атмосферу можно подразделить на несколько концентрических слоёв: тропосферу, стратосферу и ионосферу.
Тропосфера — это нижний слой, непосредственно примыкающий к поверхности Земли и в то же время самый плотный; он заключает в себе более 79% всей массы атмосферы (стратосфера около 20%, ионосфера менее 0,5%). Средняя высота его в умеренных широтах 10—11 км, над полюсами 8 км, над экватором 16 км.
Для тропосферы характерно убывание температуры по вертикали вверх (если не считать случаев инверсий); уменьшение это составляет в среднем 0°,6 на каждые 100 м подъёма. В умеренных широтах на верхней границе тропосферы, таким образом, средняя температура равняется —55°, а над экватором даже —80°.
Для ландшафтной оболочки значение тропосферы исключительно велико. Именно здесь зарождаются облака, выпадают осадки, происходят горизонтальные и вертикальные передвижения воздушных масс. Вследствие непрерывного перемешивания воздуха состав его во всей толще тропосферы остаётся практически постоянным в его главнейших частях.
В каждой единице объёма сухого и чистого воздуха находится (в процентах по объёму):
- Азота — 78,09
- Кислорода — 20,95
- Аргона — 0,93
- Углекислого газа — 0,03
Кроме того, в воздухе присутствуют ничтожные количества водорода и инертных газов (неона, гелия, криптона, ксенона), радона, озона, аммиака и т. п.
Полезно иметь в виду, что атмосферы других планет солнечной системы сильно отличаются по своему составу от земной атмосферы. Атмосфера Венеры состоит главным образом из углекислого газа, атмосфера Марса — из СО2 и N2O, Юпитера и Сатурна — из метана (СН4) и аммиака (NH3), Урана и Нептуна — из метана. В лунной атмосфере, в несколько тысяч раз более разрежённой, чем земная, обнаружены SO2 и O3.
Приведённый к нормальному давлению (1 атм) при 0°, весь азот земной атмосферы образовал бы слой толщиной 6,25 км, кислород 1,68 км, углекислота 2,2 м и озон 3 мм.
Особенно постоянны в тропосфере соотношения между кислородом и азотом. Кислорода в атмосфере около 1015 г. Так как кислород очень активный элемент, роль его в природе весьма значительна. При его обязательном участии происходит дыхание у растений и животных, медленное окисление органических остатков (тление), ржавление металлов, горение и т. п.
Почти весь свободный кислород атмосферы есть продукт жизнедеятельности зелёных растений, результат разложения ими воды в процессе фотосинтеза (на водород, используемый растениями, и свободно выделяемый кислород).
Азот, которого в атмосфере 4 Х 1015 т, служит нейтральной средой и «разбавителем» кислорода.
Содержание углекислого газа (CO2) более изменчиво. В атмосферу он поступает из вулканов, минеральных источников, почвы, организмов, продуктов гниения, некоторых предприятий химической промышленности и т. п. Так как это тяжёлый газ, то на высотах более 3—4 км его меньше, чем в нижних слоях; впрочем, слой воздуха, непосредственно прилегающий к земле, несколько обеднён CO2 в связи с фотосинтезирующей деятельностью растений. Не вполне равномерно распределение CO2 и по земной поверхности: над океанами, в полярных странах и незаселённых или деревенских местностях его меньше, чем в городах, промышленных районах или вулканических областях; в городах содержание его может повышаться до 0,04 % и более.
Роль углекислого газа, несмотря на незначительное его содержание в воздухе, весьма велика, прежде всего потому, что он служит основным материалом для построения растениями (имеющими хлорофилл) органического вещества. Кроме того, CO2 является своеобразным отеплителем земного шара, так как, легко пропуская к Земле коротковолновое (световое) излучение солнца, он с трудом пропускает от Земли обратно тепловые лучи с длиной волны 12,9—17,1 и (так как сильно поглощает их). Если бы CO2 вовсе исчез из атмосферы, средняя годовая температура воздуха на Земле по сравнению с современной понизилась бы на 21°, т. е. была бы равной —7°. Если бы, напротив, количество CO2 удвоилось по сравнению с современным, то средняя температура Земли поднялась бы на 4°, т. е. была бы равной +18°. Иными словами, различие между обоими гипотетическими случаями соответствовало бы реальному различию, какое имеется, например, между средними годовыми температурами Шпицбергена и Мадейры.
Выше был приведён анализ сухого и чистого воздуха, т. е. без учёта таких резко переменных составных частей, как водяной пар и пыль. Исключённые для того, чтобы сделать результаты анализа более определёнными и показательными, эти составные части, однако, не могут быть ни в какой степени оставлены без внимания.
О значении водяного пара, содержание которого в воздухе изменяется непрерывно и очень заметно в пространстве и во времени и может колебаться от 4 до 0,01 % по объёму, будет подробно сказано в другом месте. Здесь отметим лишь высокую поглотительную способность водяного пара по отношению к длинноволновому излучению Земли: волны длиннее 20 μ поглощаются почти полностью. В поглощении радиации атмосферой главная роль принадлежит именно водяному пару (водяной пар задерживает 60% земного излучения, CO2 — 18%).
Пыль в атмосфере тоже имеет большое значение. В состав атмосферной пыли входят тончайшие минеральные частицы, поднятые ветром с поверхности суши, частички соли, оставшиеся в воздухе от испарившихся брызг морской воды, продукты сгорания метеоритов, вулканическая пыль, частицы дыма, споры, бактерии и пр. Поперечник этих частиц колеблется обычно от 10-5 до 10-3 см. Запылённость атмосферы с высотой ослабевает. Велика запылённость атмосферы над материками, являющимися основным источником пыли (в особенности над засушливыми областями Земли, слабо одетыми растительностью, и в густо заселённых местах). В полярных странах и высоко в горах воздух прозрачнее.
Степень помутнения атмосферы необходимо брать во внимание потому, что она в той или иной мере ослабляет солнечную радиацию. Кроме того, тончайшие частицы пыли во многих случаях представляют условие, без которого невозможно сгущение водяного пара в капельки воды, т. е. образование туманов, облаков, а стало быть и атмосферных осадков.
В отсутствии «ядер конденсации» (пылинок определённого состава и размера) сгущение водяного пара происходило бы лишь при 400—600% относительной влажности воздуха. Так как в действительности относительная влажность редко достигает 102—103%, то без ядер конденсации облака практически вовсе не могли бы возникать.
На основании изложенного легко заключить, что атмосфера — не чистая смесь газов. Наличие в воздухе огромного количества твёрдых и жидких частичек сообщает атмосфере свойства коллоидного раствора (аэрозоля).