पृथ्वी के वायुमंडल में गैसों की एक स्तरीकृत परत होती है जो गुरुत्वाकर्षण के कारण अपनी जगह पर बनी रहती है। वायुमंडलीय वायु के प्रमुख घटक नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, आर्गन और कार्बन डाइऑक्साइड हैं। नाइट्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड दोनों पृथ्वी पर जीवन के लिए आवश्यक हैं और प्रकाश संश्लेषण और प्रोटीन संश्लेषण जैसी कई जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण हैं।
नाइट्रोजन आवर्त सारणी में एक तत्व है जिसका परमाणु क्रमांक 7 है। नाइट्रोजन के नाभिक में धनात्मक आवेश वाले 7 प्रोटॉन होते हैं, और आमतौर पर शून्य आवेश वाले 7 न्यूट्रॉन होते हैं। विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु को बनाए रखने के लिए, 7 इलेक्ट्रॉन कोशों की एक श्रृंखला में नाभिक की परिक्रमा करते हैं। नाइट्रोजन कमरे के तापमान पर एक गैस है और पृथ्वी के वायुमंडल का लगभग 78 प्रतिशत हिस्सा बनाती है। नाइट्रोजन -210.1 डिग्री सेल्सियस (-346.18 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर द्रवीभूत होता है, जो क्रायोजेनिक प्रयोगों और गतिविधियों में इसके उपयोग की अनुमति देता है।
कार्बन डाइऑक्साइड एक यौगिक है जिसमें एक एकल कार्बन परमाणु और दो ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। कार्बन और ऑक्सीजन परमाणुओं के बाहरी आवरण में इलेक्ट्रॉनों को सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए साझा किया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड कमरे के तापमान पर एक गैस है और पृथ्वी के वायुमंडल का 0.03 प्रतिशत हिस्सा बनाती है। कार्बन डाइऑक्साइड असामान्य है कि यह सामान्य वायुमंडलीय दबाव में तरल चरण से गुजरे बिना ठोस बनाता है। इस प्रक्रिया को उच्च बनाने की क्रिया के रूप में जाना जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड -56 डिग्री सेल्सियस (-68.8 डिग्री फ़ारेनहाइट) के तापमान पर शुष्क बर्फ बनाने के लिए उच्च स्तर पर है।
प्रकाश संश्लेषण, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा पौधे सूर्य के प्रकाश को ग्लूकोज शर्करा में परिवर्तित करते हैं, सबसे मौलिक जैविक प्रतिक्रियाओं में से एक है जो कि पृथ्वी पर होता है और खाद्य श्रृंखला के निचले भाग में जीवन का आधार बनाता है, और अधिक जटिल जीव, जैसे कि स्तनधारी, प्रदान करता है खाना। ग्लूकोज को संश्लेषित करने के लिए प्रकाश संश्लेषण को कार्बन के प्राकृतिक स्रोत की आवश्यकता होती है; यह इसे वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड गैस से प्राप्त करता है। प्रकाश संश्लेषण के लिए रासायनिक शब्द समीकरण है:
नाइट्रोजन मौलिक जैविक अणुओं, जैसे प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड का एक आवश्यक निर्माण खंड है। वातावरण से नाइट्रोजन गैस "नाइट्रोजन-फिक्सिंग" बैक्टीरिया द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान नाइट्रोजन और हाइड्रोजन गैसों को अमोनिया में बदल दिया जाता है जिसे पौधे सीधे अवशोषित कर सकते हैं। वैकल्पिक रूप से, अमोनिया मिट्टी में नाइट्रेट्स में विघटित हो जाता है जिसे पौधे भी अवशोषित कर सकते हैं। क्लोरोफिल, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड जैसे जैव रासायनिक अणुओं को संश्लेषित करने के लिए पौधे अमोनिया और नाइट्रेट्स का उपयोग करते हैं। नाइट्रोजन को कई प्रक्रियाओं के माध्यम से वायुमंडल में वापस छोड़ा जा सकता है। मिट्टी में रहने वाले डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया नाइट्रेट्स को नाइट्रोजन गैस में बदल सकते हैं। वैकल्पिक रूप से, पौधों के भीतर नाइट्रोजन युक्त अणुओं का सेवन जानवरों द्वारा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नाइट्रोजन युक्त मलमूत्र होता है। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया इस कचरे में अमोनिया को तोड़कर नाइट्रेट में बदल देते हैं। डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया फिर उन नाइट्रेट्स को नाइट्रोजन गैस में तोड़ देते हैं। ये चरण नाइट्रोजन चक्र का आधार बनते हैं।
