Известно, что температура воздуха в атмосфере постепенно понижается с высотой. Это фундаментальное свойство любой газовой среды, находящейся в поле тяготения, и связано оно с тем, что воздух в атмосфере постоянно перемешивается и при своем движении вверх расширяется и охлаждается (поскольку давление падает с высотой) , а при движении вниз, соответственно, нагревается. Градиент температуры Т' выражается известной формулой: Т' = - ( g / R0 )*[ ( x-1 ) / x ], где R0 = 287 Дж/кг, град - универсальная газовая постоянная, g - ускорение свободного падения, х — коэффициент адиабаты. Для двухатомного газа, каковым является воздух, х=1,4, следовательно, Т'=9,8 град/км. Полный перепад температуры составляет 70—80o и на высоте 12—15 км царит 50—60-градусный мороз.
На протяжении геологической истории Земли соотношение между океаном и сушей менялось, а это говорит о том, что тепловой баланс планеты не был постоянным. Менялась географическая зональность, менялись тепловые пояса. Становится очевидным, что современная географическая зональность когда-то планете была совсем несвойственна. Ученые считают, что ни ледников, ни холодных морей большую часть времени на Земле просто не существовало, и климат был значительно теплее, чем сейчас. Небольшими были контрасты температур между полюсами и экватором, в арктической области произрастали непроходимые леса, а рептилии и амфибии заселяли всю Землю. Сначала термическая зональность возникла в южном полушарии, а в северном полушарии её формирование происходило позднее. Основной процесс формирования зональности проходил в четвертичном периоде кайнозойской эры, хотя первые её признаки появились 70 млн. лет назад. С появлением человека тепловые пояса были уже такими, как теперь – один жаркий пояс, два умеренных, два холодных пояса.
