Ilmakehän lämpötila vaihtelee kerroksittain
Ilman sanotaan olevan sitä viileämpää mitä korkeammalla ollaan. Miksi ilmakehä alkaa lämmetä uudestaan noin 15 kilometrin korkeudessa?
Maapallon ilmakehä koostuu useista lämpötilaltaan toisistaan poikkeavista päällekkäisistä kerroksista. Ilman keskimääräinen lämpötila maanpinnan läheisyydessä on noin 15 astetta, kun taas kymmenen kilometrin korkeudessa on suunnilleen 60 astetta pakkasta. Matkalla 20 kilometristä 50–60 kilometriin ilma lämpenee noin kymmenasteiseksi. Lähinnä Maata olevassa ilmakehän kerroksessa, troposfäärissä, lämpötila laskee kilometrin matkalla kuutisen astetta. Ilman viileneminen johtuu siitä, että ilmanpaine pienenee sitä mukaa kuin etäännytään kauemmaksi maanpinnasta. Ilmanpaineen laskiessa kohoava ilmamassa laajenee. Koska laajeneminen kuluttaa energiaa, ilma menettää lämpöenergiaa eli jäähtyy. Tilanne on vastaavasti päinvastainen silloin, kun ilmamassa lähestyy maanpintaa: tiivistyessään ilma alkaa lämmetä. Seuraavassa noin 50 kilometrin korkeuteen ulottuvassa kerroksessa, stratosfäärissä, ilma lämpenee selvästi. Tässä ilmakehän osassa on otsonikerros, joka suojaa maapalloa Auringon haitalliselta ultraviolettisäteilyltä. Otsonin absorboidessa tehokkaasti uv-säteitä auringon säteilyenergia lämmittää ilmaa. Mesosfäärissä ilma alkaa jälleen viiletä. Syynä on se, että yli 50 km:n korkeudessa ei ole enää otsonia, joka sitoisi itseensä auringonvalon energiaa. Mesopaussissa noin 80 km:n korkeudessa ilmakehä on kylmimmillään. Tällöin sen lämpötila on noin -90 astetta. Ylempänä, termosfäärissä, ilma alkaa uudestaan nopeasti lämmetä korkeuden kasvaessa. Koska ilma on hyvin ohutta, sen lämpeneminen ei vaadi runsaasti energiaa. Maan ilmakehä voidaan jakaa kerroksiin paitsi lämpötilan myös koostumuksen sekä kemiallisten ja sähköisten ominaisuuksien perusteella.