A atmosfera da Terra, ou atmosfera terrestre, é uma camada de gases misturados, chamada de ar, que envolve a superfície da Terra e é retida pela gravidade. Ela contém quantidades variáveis de aerossóis e partículas em suspensão, que dão origem a fenômenos do tempo, como nuvens e névoa seca. A atmosfera protege a superfície terrestre do espaço exterior, interceptando a maioria dos meteoroides e grande parte da radiação solar ultravioleta. Ela reduz a variação diária de temperatura, atenuando os extremos entre o dia e a noite, e mantém a superfície aquecida pela retenção de calor do efeito estufa. As correntes de ar redistribuem calor e umidade entre as regiões, e a atmosfera proporciona as condições químicas e climáticas que permitem a existência e a evolução da vida na Terra.
Em fração molar, ou seja, pela quantidade de moléculas, o ar seco contém 78,08% de nitrogênio, 20,95% de oxigênio, 0,93% de argônio, 0,04% de dióxido de carbono e pequenas quantidades de outros gases-traço, apresentados com mais detalhes na seção Composição. O ar também contém uma quantidade variável de vapor de água, em média cerca de 1% ao nível do mar e 0,4% no conjunto da atmosfera.
A atmosfera primordial da Terra era formada por gases acretados da nebulosa solar. Sua composição mudou muito com o vulcanismo, a liberação de gases, os impactos de corpos celestes, o intemperismo e a evolução da vida, sobretudo dos organismos fotoautotróficos. A atividade humana também altera a atmosfera, provocando mudanças climáticas, principalmente pelo aquecimento global decorrente do desmatamento e do uso de combustíveis fósseis, além da destruição da camada de ozônio e da deposição ácida.
A atmosfera tem uma massa de cerca de 5,15 × 1018 kg, dos quais três quartos se concentram nos primeiros 11 km acima da superfície. Ela se torna mais rarefeita à medida que a altitude aumenta, sem um limite definido com o espaço exterior. A linha de Kármán, a 100 km de altitude, é frequentemente adotada como o limite do espaço. A temperatura e a composição permitem distinguir camadas como a troposfera, a estratosfera, a mesosfera, a termosfera, que se sobrepõe à ionosfera, e a exosfera. A composição do ar, sua temperatura e a pressão atmosférica variam com a altitude. A troposfera contém o ar adequado à fotossíntese das plantas terrestres e à respiração dos animais terrestres.
O estudo da atmosfera terrestre e de seus processos recebe o nome de ciências atmosféricas, ou aerologia, e abrange áreas como a climatologia e a física da atmosfera. Léon Teisserenc de Bort e Richard Assmann estiveram entre os primeiros pesquisadores dessa área. O estudo da atmosfera do passado é chamado de paleoclimatologia.
Composição
miniatura|Composição da atmosfera terrestre pela quantidade de moléculas, sem o vapor de água. O gráfico inferior apresenta os gases-traço, que somam cerca de 0,0434% da atmosfera.
O nitrogênio, o oxigênio e o argônio são os constituintes mais abundantes da atmosfera terrestre. O vapor de água corresponde a cerca de 0,25% de sua massa. Na baixa atmosfera, a concentração de vapor de água, um gás de efeito estufa, varia de cerca de 10 ppm em fração molar nas regiões mais frias a até 5% nas massas de ar quentes e úmidas. As concentrações dos demais gases atmosféricos costumam ser expressas para o ar seco, sem vapor de água. Os gases restantes recebem o nome de gases-traço, entre os quais estão outros gases de efeito estufa, principalmente dióxido de carbono, metano, óxido nitroso e ozônio. Além do argônio, há outros gases nobres, como neônio, hélio, criptônio e xenônio. Mesmo filtrado, o ar contém traços de muitos outros compostos químicos.
A concentração de xenônio, Xe, na atmosfera é muito menor que a dos demais gases nobres, um mistério geológico chamado de "problema do xenônio ausente". Entre as explicações propostas estão a formação de óxidos de xenônio e ferro no manto inferior da Terra, a formação de dióxido de xenônio na sílica e reações do xenônio com ferro e níquel no núcleo terrestre.
Uma amostra de ar não filtrado pode conter pequenas quantidades de substâncias naturais na forma de aerossóis, cuja abundância muda conforme o lugar e a época do ano. Entre elas estão a poeira mineral e orgânica, o pólen, os esporos, a maresia e as cinzas vulcânicas. Também podem estar presentes poluentes industriais na forma de gases ou aerossóis, como o cloro, em estado elementar ou em compostos, compostos de flúor e vapor de mercúrio elementar. Compostos de enxofre, como o sulfeto de hidrogênio e o dióxido de enxofre, SO2, podem ter origem natural ou vir da poluição industrial do ar.
miniatura|339x339px|Fração volumétrica dos principais constituintes da atmosfera terrestre em função da altitude, calculada pelo modelo atmosférico MSIS-E-90. O modelo só se aplica acima de 85 km.
+ Principais constituintes do ar Ar seco Gás Fração volumétricaA Fração mássica Nome Fórmula Em ppmB Em % Em ppm Em % Nitrogênio N2 780.840 78,084 755.200 75,52 Oxigênio O2 209.460 20,946 231.400 23,14 Argônio Ar 9.340 0,9340 12.900 1,29 Dióxido de carbonoC CO2 412423,9 em 2024 0,0412 626 0,0626 Neônio Ne 18,2 0,00182 12,7 0,00127 Hélio He 5,24 0,000524 0,724 0,0000724 MetanoC CH4 1,791,94 em 2024 0,000179 0,99 0,000099 Criptônio Kr 1,14 0,000114 3,3 0,00033 No ar úmido Vapor de águaD H2O 0–30.000D 0–3E A soma dos valores em ppm acima supera 1 milhão em 83,43 ppm devido ao erro experimental.NotasA Na atmosfera, a pressão é suficientemente baixa para que as leis dos gases ideais tenham um erro inferior a 1%. Por isso, a fração molar é muito próxima da fração volumétrica.B ppm significa partes por milhão, pela quantidade de moléculas.C A concentração de CO2 aumentou nas últimas décadas, assim como a de CH4.D O vapor de água corresponde a cerca de 0,25% da massa de toda a atmosfera.E A concentração de vapor de água varia muito de um lugar para outro.
A massa molecular média do ar seco, usada para calcular densidades ou converter a fração molar em fração mássica, é de cerca de 28,946 ou 28,964 g/mol. Esse valor diminui quando o ar está úmido.
Até cerca de 100 km de altitude, a turbulência atmosférica mistura os gases e mantém suas concentrações relativas. Entre aproximadamente 80 e 120 km há uma zona de transição em que essa mistura turbulenta cede gradualmente à difusão molecular. Esse segundo processo dá origem à heterosfera, onde a concentração relativa dos gases mais leves aumenta com a altitude. Ver p. 6.
Estratificação miniatura|Corte da atmosfera terrestre em forma de prisma. As camadas estão em escala, mas os elementos individuais não.
Em geral, a pressão e a densidade do ar diminuem com a altitude. A temperatura segue um perfil menos uniforme e, em algumas regiões, pode permanecer relativamente constante ou até aumentar com a altitude, como apresentado na seção Temperatura. O padrão geral de variação da temperatura com a altitude, ou gradiente térmico vertical, é constante e pode ser medido por sondagens com balões meteorológicos equipados com instrumentos. Por isso, a temperatura permite distinguir as camadas atmosféricas. Essa estratificação atmosférica divide a atmosfera terrestre em cinco camadas principais, com as seguintes faixas típicas de altitude.
Exosfera, de 700 a 10.000 km. Termosfera, de 80 a 700 km. Mesosfera, de 50 a 80 km. Estratosfera, de 12 a 50 km. Troposfera, de 0 a 12 km.
Exosfera
A exosfera é a camada mais externa da atmosfera terrestre. Ela é tão tênue que alguns cientistas a classificam como parte do espaço interplanetário. Estende-se da termopausa, também chamada de "exobase", no topo da termosfera, até um limite pouco definido com o vento solar e o meio interplanetário. A altitude da exobase varia de cerca de 500 km a aproximadamente 1.000 km quando a radiação solar recebida é mais intensa. O limite superior depende da definição adotada. Algumas definições o situam a cerca de 10.000 km, e outras a aproximadamente 190.000 km, quase a metade da distância até a Lua, onde a força da gravidade terrestre se equipara à pressão de radiação da luz solar. A geocoroa, visível no ultravioleta distante devido ao hidrogênio neutro, estende-se por pelo menos 100.000 km.
Essa camada é composta principalmente de hidrogênio em densidades extremamente baixas, com pequenas quantidades de hélio, dióxido de carbono e oxigênio nascente mais perto da exobase. Os átomos e as moléculas ficam tão distantes uns dos outros que podem percorrer centenas de quilômetros sem colidir. Nessas condições, a exosfera deixa de se comportar como um gás, e suas partículas escapam continuamente para o espaço. Essas partículas livres seguem trajetórias balísticas e podem entrar e sair da magnetosfera ou do vento solar. A cada segundo, a Terra perde cerca de 3 kg de hidrogênio, 50 g de hélio e quantidades muito menores de outros constituintes.
A exosfera está muito acima da superfície terrestre para que nela ocorram fenômenos meteorológicos. Muitos satélites artificiais que orbitam a Terra ficam nessa camada.
Termosfera
A termosfera é a segunda camada mais alta da atmosfera terrestre. Estende-se da mesopausa, que a separa da mesosfera a cerca de 80 km de altitude, até a termopausa, entre 500 e 1.000 km. A altura da termopausa varia bastante com a atividade solar. A passagem do terminador solar ao amanhecer e ao anoitecer provoca perturbações na densidade de fundo que chegam a um fator de dois ao longo dessa camada e predominam nessa região. Como a termopausa é o limite inferior da exosfera, também recebe o nome de exobase. A ionosfera, uma região com maior densidade de plasma, sobrepõe-se à termosfera e se estende de 50 a 600 km acima da superfície terrestre.
A temperatura da termosfera aumenta gradualmente com a altitude e pode chegar a 1.500 °C. Contudo, as moléculas estão tão distantes umas das outras que o conceito habitual de temperatura pouco se aplica à sensação de calor nessa camada. O aumento da temperatura resulta da absorção da radiação ultravioleta ionizante e dos raios X emitidos pelo Sol. O ar é tão rarefeito que uma molécula, de oxigênio, por exemplo, percorre em média 1 km entre colisões com outras moléculas. Embora haja uma alta proporção de moléculas com muita energia, uma pessoa em contato direto com a termosfera não a sentiria quente, pois sua densidade é baixa demais para transferir uma quantidade apreciável de energia para a pele ou retirá-la dela.
Essa camada não contém nuvens nem vapor de água. Nela ocorrem ocasionalmente fenômenos que não dependem da água atmosférica, como as auroras boreais e austrais, a cerca de 100 km de altitude. As cores das auroras dependem das propriedades da atmosfera na altitude em que ocorrem. A mais comum é a aurora verde, produzida pelo oxigênio atômico no estado 1S, entre 120 e 400 km de altitude. A Estação Espacial Internacional orbita na termosfera, entre 370 e 460 km. Muitos outros satélites em órbita da Terra também se encontram nessa camada.
Mesosfera
miniatura|upright=1.25|Luz crepuscular na troposfera, em laranja, e na estratosfera, em azul, abaixo da mesosfera escura. É na mesosfera que começa a entrada na atmosfera, com rastros de fumaça como o desta nave espacial em reentrada.
A mesosfera é a terceira camada mais alta da atmosfera terrestre e fica acima da estratosfera e abaixo da termosfera. Estende-se da estratopausa, a cerca de 50 km de altitude, até a mesopausa, entre 80 e 85 km acima do nível do mar. A temperatura diminui com a altitude até a mesopausa, o limite superior dessa camada intermediária. Esse é o lugar mais frio da Terra, com temperatura média em torno de −85 °C. Como a atmosfera absorve as ondas sonoras a uma taxa proporcional ao quadrado da frequência, os sons audíveis produzidos no solo não chegam à mesosfera. Ondas infrassônicas podem alcançar essa altitude, mas é difícil emiti-las com alta potência.