O ar que envolve a Terra não tem limites visíveis. Mas os cientistas, estudando-o com instrumentos a bordo de foguetes e de balões, delimitaram cinco camadas, a partir da superfície da Terra: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera. À medida que a altitude aumenta, diminui a densidade atmosférica; várias centenas de quilômetros acima da superfície essa densidade desaparece.
A exosfera, que começa a cerca de 500 quilômetros da superfície terrestre, é por demais rarefeita para que seja considerada como parte da atmosfera; é formada principalmente por moléculas de hidrogênio e hélio. Não há um limite definido entre ela e o espaço sideral. As temperaturas correspondem em média a 999 kelvins (escala científica na qual o zero equivale a 273 graus Celsius negativos). Mas o ar é muito rarefeito nessas camadas superiores, e as temperaturas elevadas têm pouco efeito sobre os veículos espaciais.
A termosfera, 80 a 500 quilômetros acima da superfície' em seu ponto mais alto tem uma densidade atmosférica de mil bilionésimos daquela do nível do mar. A ionosfera, cujas camadas os cientistas identificam com letras, começa aqui e penetra na mesosfera.
A mesosfera, 50 a 80 quilômetros acima da superfície, é, em média, a região mais fria da atmosfera. Inclui a parte mais inferior da ionosfera. Sua composição é basicamente a mesma das camadas inferiores.
A estratosfera é uma região muito estável, que se estende entre 15 e 50 quilômetros acima da superfície. Praticamente desprovida de vapor d'água, possui poucas nuvens. À altitude de cerca de 25 quilômetros, a camada de ozônio absorve a maior parte dos raios solares ultravioleta. A temperatura aumenta com a altitude.
A troposfera varia em altitude, de acordo com a estação do ano e a latitude; seu nível máximo é de cerca
de 15 quilômetros, no equador. Cerca de 80 por cento da massa atmosférica concentra-se nela. Quanto maior a altitude, menor a temperatura.
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