L'atmosphère terrestre s'échappe avec le temps, bien que très lentement.

La distribution des énergies cinétiques des molécules dans un gaz obéit (plus ou moins) à un Maxwell- Distribution Boltzmann. Notez que le graphique est asymptotique, donc dans une population suffisamment grande de molécules de gaz, il y a une probabilité non nulle que certaines de ces molécules aient une énergie cinétique arbitrairement grande. Cela implique que dans la population de molécules de gaz constituant l'atmosphère terrestre, certaines d'entre elles auront une énergie cinétique telle que leur vitesse dépasse la vitesse d'échappement de la Terre et à condition que leurs trajectoires soient orientées loin de tout obstacle (y compris le La surface de la Terre elle-même) et elles n'entrent en collision avec rien, ces molécules peuvent s'échapper. En moyenne, seul un petit nombre de molécules atteindra effectivement toutes ces conditions. Le résultat final est que l'atmosphère s'échappe effectivement, mais l'effet est minime - seulement de l'ordre de grammes par seconde en raison du processus décrit ci-dessus d'après cet article que j'ai trouvé.

Ce n'est pas le seul processus responsable cependant, des phénomènes comme le vent solaire ont également un rôle dans la libération des molécules de gaz de l'atmosphère terrestre.

L'effet est beaucoup plus prononcé sur les autres planètes rocheuses du système solaire, Par exemple, Mercure a très peu d'atmosphère car i) étant extrêmement chaud et ii) étant bombardé par des particules très énergétiques du soleil beaucoup plus que nous. De même, Mars a une atmosphère à prédominance de dioxyde de carbone que l'on pense avoir été beaucoup plus épaisse dans le passé qu'elle ne l'est maintenant, et qui doit donc s'être échappée d'une manière ou d'une autre (en supposant que vous ne croyez pas à des histoires comme Total Recall où l'atmosphère est intentionnellement retenue captive;) - bien qu'en fait l'atmosphère martienne se condense aux pôles, ce qui entraîne une agitation atmosphérique importante avec le changement des saisons)

L'équilibre des deux forces que vous mentionnez (la gravité et la force du gradient de pression) est appelé équilibre hydrostatique et est donné par l'équation:

$$ \ dfrac {\ partial p} {\ partial z} = - \ rho g $$

Ceci est vrai pour l'atmosphère à grande échelle mais généralement invalide dans la troposphère à la méso-échelle où les régions de grande verticale des mouvements sont présents (cyclones, orages, soulèvements forcés, etc.).

Sous la turbopause (~ 100 km), l'atmosphère est bien mélangée et est relativement homogène dans sa composition chimique. Au-dessus de la turbopause, l'atmosphère devient hétérogène et se stratifie en couches avec les éléments les plus lourds plus bas et les éléments légers plus hauts.

La réponse de Tow W explique bien les méthodes d'échappement, et je ne vais pas les récapituler ici. J'ajouterai simplement qu'en raison de la composition atmosphérique au-dessus de la turbopause, nous avons tendance à perdre les éléments les plus légers dans l'espace tels que l'hydrogène et l'hélium plus que les plus lourds.