Атмосферу можно разделить на слои и по изменению ее газового состава. Это изменение вызвано тем, что поле земного тяготения удерживает атомы и молекулы тяжелых атмосферных газов ближе к земной поверхности, чем атомы и молекулы более легких газов.

Гомосфера. До высоты примерно 80 км состав атмосферы сравнительно однороден. Эта часть атмосферы получила название "гомосфера" ("гомо" означает "то же самое").

Гетеросфера. Сразу над гомосферой находится слой, состоящий из двухатомных молекул азота (N2) и некоторого количества таких же молекул кислорода (02). Этот слой простирается до высоты примерно 240 км. Выше него молекулярный азот и молекулярный кислород встречаются редко. Последний содержится здесь лишь в атомарном состоянии (О), а не в обычном, характерном для низких слоев атмосферы. Слой атомарного кислорода простирается примерно до 960 км.

Еще выше, непосредственно над слоем атомарного кислорода, расположен третий газовый слой. Он состоит из атомов гелия (Не) и тянется до высоты 2400 км. Наконец, выше гелиевого слоя обнаруживается слой водорода (Н).

Все эти слои объединяют названием "гетеросфера" ("гетеро" значит "различный"). Газы следующих друг за другом слоев имеют все меньший и меньший атомный вес. Толщина каждого слоя зависит от интенсивности поля земного тяготения на соответствующих высотах и его способности удерживать газы вблизи Земли. Водород и гелий в ничтожно малом количестве обнаруживаются в самых верхних слоях атмосферы, тогда как более тяжелые атомы и особенно молекулы кислорода и азота легко удерживаются на меньшем расстоянии от земной поверхности.

Этот закон, открытый английским физиком Р. Бойлем (1627—1691)*, является одним из самых фундаментальных газовых законов, используемых исследователями при изучении реакции газов на изменение физических условий.

Закон Бойля—Мариотта гласит, что у заданной массы газа, находящегося при постоянной температуре, произведение давления на объем также есть постоянная величина. В алгебраической форме закон выглядит так:

PV= К.

Это уравнение обозначает, что если объем газа (V) уменьшается в несколько раз, то для поддержания постоянного значения К давление этого газа (Р) должно увеличиться во столько же раз. Другими словами, если поддерживается постоянная температура газа, то его объем обратно - пропорционален давлению.

Этот закон, связывающий объем газа с его температурой, независимо друг от друга открыли Ж. Шарль (1746—1823) и Ж. Гей-Люссак (1778—1850). Оба французских физика произвели одинаковые опыты для исследования поведения газов при разных условиях. Закон Шарля и Гей-Люссака гласит, что если объем газа остается постоянным, то при повышении температуры этого газа на один градус давление газа увеличится на 1/273 часть величины, которую газ имел при температуре 0°С.

Наоборот, если поддерживается постоянное давление газа, то увеличение его объема будет прямо пропорциональным возрастанию его температуры. При увеличении температуры на 1^С объем газа будет возрастать на 1/273 часть величины, которую он имел при температуре 0°С.

Соотношения между тремя характеристиками газа — объемом, давлением и температурой — имеют важное значение для метеорологии. Объем, давление и температура массы воздуха при перемещении ее из одной местности в другую могут изменяться. Это особенно заметно в том случае, когда масса воздуха поднимается или, наоборот, совершает' нисходящее движение из более высоких слоев атмосферы в направлении "к земной поверхности.