Результати численних підйомів різних приладів на значні висоти і спостереження над окремими явищами, що виникають високо в атмосфері, показують, що щільність повітря з висотою поступово зменшується. Атмосфера з висотою стає все більш і більш розрідженій і тому чітко вираженої межі не має. Вона як би сходить «нa немає», поступово переходячи в міжпланетний простір.
Про наявність повітря на різних відстанях від земної поверхні судять по таких явищ, як, наприклад, загоряння і згасання метеорів, іноді званих «падаючими зірками».
Метеори-це космічні тіла з масою від часток грама до багатьох кілограмів і тонн. Потрапляючи в атмосферу з міжпланетного простору, в результаті тертя об повітря вони загоряються, залишаючи за собою вогненні сліди. Вимірювання показують, що максимальна висота загоряння метеорів становить близько 200 км. Отже, атмосфера на висоті 200 км існує і до того ж має ще значною щільністю.
Але найбільш чудовим явищем природи, за яким судять про висоті простягання земної атмосфери, є полярне сяйво. Це явище являє собою світіння розріджених газів атмосфери в приполярних районах Землі під збудливу дію електронного потоку, що йде від Сонця.
Зазвичай полярні сяйва бувають на висоті 80-140 кму але окремі форми (у вигляді дуг) зустрічаються на значно більших висотах, близько 1000-1200 км. Отже, атмосфера, хоча і дуже розріджена, є і на цих високих рівнях. Ця висота (1000-1200 км) до останнього часу приймалася як умовної межі атмосфери Землі. Тепер же вважається, що атмосфера Землі простягається до висоти близько 3 тис. Км, де щільність її дорівнює майже нулю.
У порівнянні з розмірами Землі її реальна атмосфера являє собою порівняно тонкий слон, а якщо врахувати, що в її масі зосереджено в шарі 20 км, то вона може розглядатися «як незначна плівка, складова всього 0,0032 частки радіуса Землі.
Що ж стосується будови атмосфери, то, за сучасними уявленнями, вона ділиться на чотири основних шару, кожен з яких має ті чи інші відмінні риси.
Перший від земної поверхні шар, товщиною в середньо * Ю-12 км., Називається тропосферою. В цьому відносно тонкому шарі зосереджено близько 80% всієї маси атмосфери. Незважаючи на порівняно малу вертикальну протяжність тропосфери в ній відбуваються складні фізичні процеси, що зумовлюють виникнення всіх явищ погоди явищ. Але головною особливістю тропосфери є постійні вертикальні і горизонтальні рухи повітря. У тропосфері виникають хмари і опади. Температура повітря в ній, як правило, знижується в середньому на 5-6 ° на кожен кілометр висоти. У прикордонному верхньому шарі тропосфери, званому тропопаузою, температура повітря в усі пори року становить в помірних широтах приблизно -50, -60 °.
Другий шар, розташований над тропосферою, називається стратосферой. Верхня межа стратосфери знаходиться на висоті близько 80 км. На відміну від тропосфери, в стратосфері панує порівняльне сталість погоди. Тут майже не буває хмар. Лише зрідка на висоті 25-30 км з’являються перламутрові, а на висоті 70-80 км-сріблясті хмари, що складаються з переохолоджених крапельок води або кристалів льоду. Але ті й інші мають малу щільність, опади з них не випадають. Вітер тут хоча і змінюється, але не так часто і різко, як це відбувається в тропосфері. Вертикальні переміщення повітря ослаблені.
Температура повітря з висотою до рівня приблизно 40 км залишається незмінною (-55, -60 °). У середній частині стратосфери (на висоті від 40 до 60 км) є дуже тепла прошарок, в якій температура повітря підвищується приблизно до +30, 4-35 °. Це пояснюється наявністю тут великої кількості озону, що поглинає значну частину сонячної радіації. До верхньої межі стратосфери температура знову знижується до -60, -70 °.
Третій шар – іоносфера, або, як її називають останнім часом, термосфера – найпотужніший шар: приблизно від 80 до 800 км. Він характерний, по-перше, дуже великий розрідженістю повітря і, по-друге, постійною наявністю великої кількості іонів, що утворюються під дією ультрафіолетової радіації Сонця. Будучи іонізованим, повітря іоносфери має здатність проводити електрику і відображати радіохвилі. Залежно від характеру і ступеня іонізації іоносфера підрозділяється на ряд самостійних верств. За розрахунками в іоносфері температура повітря підвищується до декількох сотень градусів.
Вище рівня 800 км розташоване вкрай розріджений повітряний простір, що отримало назву сфери розсічення. Ця область атмосфери характерна тим, що з неї відбувається поступове розсіювання частинок газів в світовий простір.
За рішенням Міжнародного геодезичного і геофізичного союзу в 1951 р прийнято дещо інше пошарове розподіл атмосфери, вироблене в залежності від характеру зміни температури з висотою:
- 1) тропосфера, висота 0-11 км температура з висотою знижується;
- 2) стратосфера, висота 11 -40 км; температура з висотою не змінюється;
- 3) мезосфера, висота 40-80 км; температура з висотою різко підвищується до позитивних значень, потім знову падає до -60, -75 °;
- 4) термосфера, висота 80-800 км; температура з висотою поступово підвищується;
- 5) екзосфера, вище 800 км; останній шар, поступово переходить у безповітряний простір.