Sebagian besar bahan pengisi atmosfer adalah gas, suatu bahan berkerapatan molekul rendah sehingga mudah mampat dan mengembang. Medan gravitasi bumi cenderung menarik seluruh bahan atmosfer ke permukaan bumi. Akibatnya, kerapatan partikel atmosfer meningkat dengan makin berkurangnya ketinggian. Massa dan tekanannya pun meningkat semakin dekat permukaan bumi. Karena bagian terbesar bahan pengisi atmosfer tertarik ke bagian bawah, maka laju perubahan massa atmosfer terhadap ketinggian pada bagian bawah relatif meningkat.
Seperti apa penjelasan mengenai struktur atmosfer?
Grafik di atas menunjukkan ketinggian atmosfer dan massa atmosfer yang tercakup di bawahnya. Pada grafik terlihat bahwa:
Sebagian terbesar partikel atmosfer yakni sekitar 50% massa atmosfer berada di dalam ruang udara hanya hingga ketinggian 5.5 – 5.6 km dari permukaan bumi, sisanya berada di lapisan atmosfer lebih atas.
Sekitar 99.99% dari massa atmosfer tercakup di dalam ruangan udara hingga ketinggian 40 km.
Batas terbawah atmosfer adalah permukaan laut. Sedangkan puncaknya sulit diketahui karena di samping besarnya keragaman ukuran dan massa partikel, terdapat pula keragaman suhu permukaan bumi dan kekuatan angin yang mempengaruhi pengangkutan bahan.
Pelapisan atmosfer secara vertikal juga dapat digambarkan dengan perubahan tekanan udara pada berbagai ketinggian, yang dinyatakan dalam persen terhadap tekanan udara normal di permukaan bumi
Ketinggian (km di atas permukaan laut)
Tekanan Udara (%)
0
100
5.6
50
16.2
10
31.2
1
48.1
0.10
65.1
0.01
79.2
0.001
100
0.00003
Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal (menurut ketinggian) berbeda-beda yang dapat dikelompokkan menjadi tiga hal. Perubahan suhu (dT) terhadap ketinggian (dZ) dinyatakan oleh dT/dZ.
dT/dZ > 0 suhu naik (positif), dengan bertambahnya ketinggian. Hal ini disebut inversi suhu.
dT/dZ = 0, yakni suhu tetap walaupun ketinggian berubah. Hal ini disebut isotermal.
dT/dZ < 0 (negatif), yakni suhu udara turun dengan bertambahnya ketinggian, disebut lapse rate.
Pola dT/dZ = 0 atau isotermal merupakan pola transisi antara pola inversi dan pola lapse rate pada susunan profil atmosfer yang akan dijelaskan lebih lanjut. Perubahan ketiga pola dT/dZ di atmosfer terutama dipengaruhi oleh sifat pengendalian pemanasan atmosfer.
Di lapisan atmosfer terbawah yakni di troposfer, pemanasan diatur oleh radiasi infra merah dari permukaan bumi. Penurunan kerapatan partikel oleh meningkatnya ketinggian menyebabkan semakin sedikit serapan panas tersebut sehingga suhu udara menurun dengan meningkatnya ketinggian. Maka terjadilah pola dT/dZ negatif atau pola lapse rate suhu.
Di mesosfer berlangsung penyerapan energi ultraviolet oleh partikel- partikel O2 dalam pembentukan ozon (O3). Proses tersebut intensitasnya meningkat dengan semakin berkurangnya ketinggian. Sehingga berlangsung pula pola dT/dZ negatif atau pola lapse rate suhu.
Pada lapisan stratosfer dan termosfer tidak berlangsung proses penyerapan maupun pancaran radiasi oleh partikel atmosfer sehingga di kedua lapisan tersebut berlangsung pola dT/dZ bernilai positif atau pola inversi.
