Introduzione

L'atmosfera è divisibile in vari strati. Il più interno, che contiene l'80% della massa totale dell'atmosfera e si estende, alle medie latitudini, fino ad una altezza di circa 12 km, è chiamato Troposfera: è l'unico strato nel quale siano attivi fenomeni di convezione.
La temperatura è massima al suolo, dove è immagazzinata la radiazione solare e scende a -50 °C nella Tropopausa al confine tra la Troposfera e la Stratosfera; il valore della pressione scende qui a circa 1/10 di quello registrabile a livello del mare.
Lo strato di ozono, che si estende da 15 a 60 km circa di altezza, ha una densità molto bassa. Se si potesse comprimere per fargli assumere il valore della densità atmosferica s.l.m., il suo spessore si ridurrebbe a pochi millimetri. La sua importanza è però fondamentale. Infatti esso funge da filtro per i raggi ultravioletti del Sole che bombardano continuamente l'atmosfera.
Troposfera è Stratosfera contengono il 99% della massa totale dell'Atmosfera. Nella Stratosfera la temperatura risale fino a circa 0 °C, proprio grazie all'assorbimento dei raggi U.V. Sopra la Stratopausa inizia la Mesosfera, che si estende fino ad 85 km d'altezza; qui si verifica una ulteriore diminuzione della temperatura che scende fino a circa -80 °C.
Gli strati successivi sono la Termosfera e la Esosfera nei quali la temperatura sale, grazie all'assorbimento della radiazione solare, fino a circa 1500 °C, ma la densità sfuma gradualmente nello spazio interplanetario e la pressione si riduce a valori infinitesimali.

Ionosfera

Si estende da circa 60 km, dove termina lo strato di ozono, fino a circa 450 km di altezza.
La Ionosfera può essere divisa in vari strati che si distinguono fra loro per la densità di elettroni liberi. Tale densità caratterizza la proprietà del mezzo di assorbire le onde radio a varie lunghezze d'onda.
Nella Ionosfera si ha la trasformazione dei raggi cosmici primari in secondari.
La densità di elettroni nella Ionosfera non varia con regolarità in funzione dell'altezza. Infatti, due sono i principali fattori che incidono nella distribuzione: al crescere dell'altezza diminuisce la densità dei gas, ma aumenta il grado di ionizzazione, perché varia l'assorbimento della radiazione solare U.V.
L'indice di rifrazione del gas ionizzato dipende dalla densità di elettroni liberi. Per determinati valori di essa, le onde radio di una data frequenza non possono propagarsi attraverso la ionosfera, ma vengono totalmente riflesse.

Quando oggi si parla di effetto serra lo si fa quasi sempre paventando il possibile effetto di riscaldamento globale prodotto dai gas immessi, dalle attività dell'uomo, nell'atmosfera. Ciò provocherebbe effetti catastrofici, dalla desertificazione di alcune zone allo scioglimento dei ghiacciai.
L'effetto serra esisterebbe anche indipendentemente dall'attività dell'uomo, che rischia comunque di amplificarlo in modo incontrollabile. Un effetto serra "moderato", come quello che contraddistingue l'atmosfera, gioca un ruolo fondamentale nel mantenere la superficie terrestre in condizioni propizie per lo sviluppo e il mantenimento della vita.
Il Sole riversa nello spazio gran parte del suo output energetico nella banda visibile dello spettro elettromagnetico. Si tratta di un intervallo di lunghezze d'onda (da circa 0.4 a 0.8 micrometri) in corrispondenza del quale la radiazione può attraversare l'atmosfera essendone assorbita solamente in piccola parte.
L'atmosfera è quindi trasparente alla luce visibile. Dopo questo attraversamento, la luce viene assorbita dal terreno, dalle piante, dagli oceani che si riscaldano e, come tutti i corpi caldi, emettono energia radiante verso l'esterno. Questa radiazione di origine termica possiede una lunghezza d'onda maggiore di quella visibile e si colloca nella banda infrarossa dello spettro. La lunghezza d'onda a cui un corpo emette la maggior parte della radiazione è inversamente proporzionale alla sua temperatura, misurata a partire dallo zero assoluto (-273,16 °C).
Poiché la temperatura "assoluta" della superficie terrestre è circa 20 volte inferiore a quella della fotosfera solare, la Terra emette radiazione infrarossa di circa 10 micrometri di lunghezza d'onda. Ma la radiazione infrarossa, a differenza di quella visibile, non si propaga liberamente. A questo punto diventa importante il contributo delle molecole di anidride carbonica, di vapore acqueo e di altri gas più rari, presenti in piccole quantità nell'atmosfera. Esse assorbono la radiazione termica in questione, cosicché l'aria si riscalda ulteriormente e a sua volta irraggia in tutte le direzioni. Parte di questa energia raggiunge nuovamente il terreno e quindi mantiene la superficie del nostro pianeta più calda di quanto non sarebbe in assenza di questo fenomeno.

L'atmosfera terrestre assorbe completamente la radiazione con lunghezza d'onda < 0.3 micrometri e buona parte di quella con lambda > 0.9 micrometri; infatti nell'infrarosso vi sono delle finestre passanti. L'atmosfera è nuovamente trasparente a partire dalle onde radio. Tuttavia, oltre all'assorbimento totale in certe regioni dello spettro, l'atmosfera attenua parzialmente anche le altre radiazioni.
L'aria ha un indice di rifrazione diverso da quello del vuoto e dipendente dalla lunghezza d'onda, dall'altitudine e dalle condizioni atmosferiche. Nel passare da un mezzo ad una certa densità ad un mezzo più denso (gli strati più interni dell'atmosfera), un raggio non perpendicolare alla superficie viene deviato continuamente verso la verticale.

Estinzioni dell'atmosfera:

• 0-12 km, troposfera, assorbimento infrarosso;
  
• 15-60 km, ozonosfera, assorbimento U.V.;
  
• 60-500 km, ionosfera, riflessione totale di certe lunghezze d'onda.