Почему с увеличением высоты количество воздуха в атмосфере уменьшается?

Количество воздуха с увеличением высоты уменьшается из-за того, что воздух — это газ, а газ в атмосфере удерживается и “сжимается” силой тяжести Земли.

1) Воздух имеет массу, а значит на него действует гравитация

Молекулы воздуха (азота, кислорода и других газов) обладают массой. Земное притяжение тянет их вниз — к поверхности. Поэтому воздух не распределяется равномерно по всему пространству, а концентрируется ближе к Земле.

2) Нижние слои атмосферы “придавлены” весом верхних

Представь столб воздуха: всё, что находится выше некоторой точки, своим весом давит на воздух ниже. У поверхности над нами “лежит” почти весь столб атмосферы, поэтому давление большое, и газ сильнее сжат — молекул в одном и том же объёме больше.

Чем выше поднимаемся, тем меньше воздуха остаётся над головой, то есть “столб” сверху становится ниже и легче. Давление падает, воздух расширяется и становится менее плотным — молекул в единице объёма меньше. Именно поэтому говорят, что “воздуха меньше”.

3) Убывает плотность, а вместе с ней — количество молекул в объёме

“Количество воздуха” обычно подразумевают как плотность: сколько молекул (и массы воздуха) приходится на литр или кубометр. На высоте давление ниже — значит, при тех же условиях газ менее сжат, и плотность меньше. Поэтому в одном вдохе на большой высоте в лёгкие попадает меньше молекул кислорода.

4) Почему атмосфера не заканчивается резко

Снизу воздух плотный, выше — всё более разреженный. Переход плавный, потому что гравитация действует везде, а газ с высотой постепенно “разжимается”. Поэтому атмосфера не имеет чёткой “стены”: просто чем выше, тем реже молекулы встречаются.

Итого: с высотой уменьшается количество воздуха, потому что гравитация удерживает и сжимает воздух у поверхности, а на больших высотах давление меньше (над головой меньше “веса” воздуха), поэтому воздух разрежается и его плотность падает.