لفهم التركيب الكيميائي لمناطق الغلاف الجوي من المفيد البدء من الترموسفير والتوجه نحو الأرض. عند الارتفاعات العالية، ثمة ما يشبه الخلاء: فعند الارتفاع 100 كيلو متر (الترموسفير السفلي)، يساوي الضغط نحو Pa 0.025. هذا يعني أن تركيز عدد الجزيئات في واحدة (الحجم جميع الأجناس الكيميائية يساوي أربعة أجزاء من المليون جزء من تركيزها عند سطح الأرض. ونظراً إلى وجود هذه المنطقة على حافة الغلاف الجوي الخارجية، تتعرض الذرات والجزيئات إلى طيف الإشعاع الشمسي بكامله الذي يتضمن الأشعة فوق البنفسجية. وهذه أشعة عالية الطاقة. وعلى سبيل المثال، تُحسب الطاقة المقترنة بموجة طولها 100 نانو متر كالتالي:

المثال 2.2 طاقة الإشعاع الكهرومغنطيسي عند موجة طولها 100 نانو متر

تعطى طاقة الفوتون الواحد بـ:

إذن الطاقة المقترنة بالإشعاع الذي يساوي طول موجته 100 نانو متر تساوي    1200 ^-1kJ mol

تستطيع الطاقات العالية التي من هذا القبيل تفكيك ثنائي النتروجين وثنائي الأكسجين إلى ذرتيهما، ويحصل هذا على نطاق واسع في الجو العلوي:

من الواضح أن الطاقة اللازمة للتفكيك في هاتين الحالتين توافق إشعاعاً كهرومغنطيسياً طولاً موجتيه يحققان 126nm و 240nm. ويبقى بعض الذرات الناجمة عن التفكك بشكلها الذري، ويعود بعضها الآخر إلى الاتحاد، وتتكون أيضاً أجناس أخرى من قبيل الـ NO في الجو العلوي. وتزداد نسبة الذرات إلى الجزيئات مع الارتفاع، وعند ارتفاع يساوي 120 كيلو متراً يُصبح تركيز ذرات الأكسجين مساوياً تقريباً لتركيز جزيئات ثنائي الأكسجين. ويوجد أيضاً جزء كبير من النتروجين، لكن بمقدار يقل عن مقدار الأكسجين، في حالة ذرات. ونظراً إلى أن كثيراً من غازي الأكسجين والنتروجين يكون في حالة ذرية، فإن الكتلة المولية الوسطى تصبح أصغر من القيمة g mol^-1   28.96 الموجودة في التروبوسفير .

وإضافة إلى كسر الروابط، تستطيع الطاقة الشمسية أيضاً تأيين كل من الجزيئات والذرات (التفاعلان 7.2 و 8.2 (. لذا تسمى المنطقة الموجودة فوق الميزوسفير بالجو المتأين ionosphere:

لاحظ أننا استعملنا المحتوى الحراري (standard enthaly) بدلاً من الطاقة الحرة (free energy لوصف تفاعلات الطور الغازي الجوي، وهذا مفيد لأن تأثير درجة الحرارة والضغط في المحتوى الحراري أقل من تأثير تغيرات الطاقة الحر. ويمكن المحتوى الحراري أيضاً . من وصف طاقات كسر الروابط وتكوينها بعيداً عن الاعتبارات الإحصائية للمنظومة الجسيمة.

وفي مناطق الجو حيث تمتص الطاقة ويحصل التأيُّن، تحصل تفاعلات التقاط الإلكترون العكسية (endothermic electron capture) الماصة للحرارة إلى حد ما أيضاً، وتتحرر طاقة حركية. وهذا هو سبب درجات الحرارة الترموديناميكية العالية في الجو العلوي. وبالاتجاه نحو سطح الأرض، لكن مع البقاء في نفس المنطقة، ثمة دفق (flux) صغيرة من إشعاع أقل طاقة يجري امتصاصها، ولذا تنخفض درجة الحرارة ونسبة الذرات المنفردة والأيونات.

وفي الميزوسفير، يبدأ الإشعاع الشمسي بالالتقاء بأنواع جديدة من الأجناس الكيميائية. والأوزون ( O₃ ) ، ذو التركيز العالي في الستراتوسفير على وجه الخصوص، يوجد أيضاً إلى حد ما فوق الستراتوسفير، وهو قادر على امتصاص أشعة الشمس التي تقل طاقتها عن تلك اللازمة لتفكيك وتأيين مزيد من الأجناس المستقرة. ويؤدي هذا الامتصاص للإشعاع ذي الموجات التي طولها أكبر إلى ازدياد درجة الحرارة حين التحرك ضمن الجو الأوسط العلوي نحو الأرض.

ويؤدي امتصاص الأوزون لأشعة الشمس إلى تفككه إلى جزيء وذرة أكسجين موجودين في حالة متهيجة جرى تمييزها بإشارة النجمة في التفاعل التالي:

يُفسر انخفاض درجة الحرارة لدى التحرك نحو الأسفل في الستراتوسفير بنفس طريقة تفسير انخفاضها في الجو العلوي. فالإشعاع الموجود ضمن مجال الطاقة التي يمتصها الأوزون يكون قد أُزيل عملياً في المناطق العليا تاركاً درجات حرارة مرتفعة فيها، ولذا لا يمكنه الاستمرار بالنفاذ إلى الأسفل.

ويُمتص قليل من أشعة الشمس أيضاً لدى عبور الفوتونات الشمسية التروبوسفير.

وحين اصطدام الطيف المتبقي من تلك الأشعة بسطح الأرض، يُمتص جزئياً في اليابسة والماء، ثم يُعاد إصداره على شكل أشعة تحت حمراء منخفضة الطاقة. وتمتص غازات معينة في التروبوسفير بعض الأشعة تحت الحمراء الصادرة ، وأهم تلك الغازات هما بخار الماء وثاني أكسيد الكربون. ويؤدي هذا الامتصاص إلى تسخين بالقرب من سطح الأرض، ويتناقص هذا المفعول مع ازدياد الارتفاع بسبب نقصان الأشعة المتبقية للامتصاص، ونقصان تركيز الغازات الماصة أيضاً. يمثل تسخين جو الأرض المنخفض بتلك الطريقة ما يسمى مفعول البيت الزجاجي greenhouse effect". ويُعتبر هذا المفعول عاملاً أساسياً في دعم الحياة التي نعرفها على الأرض، إلا أن الاضطرابات التي يُحدثها البشر يمكن أن تغيّر هذا التوازن القائم فعلاً. وسوف نتطرق إلى المزيد عن هذا الموضوع في الفصل الثامن.

يجب الانتباه إلى أن جو الأرض ليس منظومة في حالة توازن. لو كانت في حالة توازن، لكان كل الأكسجين قد اتحد مع عناصر أخرى، ولما وُجد منها ما يدعم الحياة. ففي الواقع، توفّر الشمس طاقة لكثير من السيرورات ذات الطاقات العالية، التي لولا دعمها للحياة لما كانت مقبولة، ومنها التركيب الضوئي الذي يمكّن النباتات من استهلاك ثاني أكسيد الكربون وإنتاج الأكسجين.

وتخضع الطاقة الواردة من الشمس إلى الامتصاص، أو التخزين بواسطة تفاعلات كيميائية، أو الانعكاس عن الأرض إلى الفضاء ثانية. وتؤدي هذه العوامل مجتمعة إلى إبقاء علاقات طاقة الأرض في حالة توازن دقيق.