Dünya'nın atmosferi, yerçekimi nedeniyle yerinde tutulan tabakalı bir gaz tabakasından oluşur. Atmosferik havanın ana bileşenleri azot, oksijen, argon ve karbondioksittir. Azot ve karbondioksit, Dünya'daki yaşam için çok önemlidir ve fotosentez ve protein sentezi gibi bir dizi biyokimyasal süreç için hayati öneme sahiptir.
Azot, periyodik tablodaki atom numarası 7 olan bir elementtir. Nitrojenin çekirdeği, pozitif yüklü 7 protondan ve genellikle sıfır yüklü 7 nötrondan oluşur. Elektriksel olarak nötr bir atomu korumak için, 7 elektron bir dizi kabukta çekirdeğin yörüngesinde döner. Azot, oda sıcaklığında bir gazdır ve Dünya atmosferinin yaklaşık yüzde 78'ini oluşturur. Azot -210,1 santigrat derecede (-346,18 Fahrenhayt derece) sıvılaşır, bu da kriyojenik deneylerde ve aktivitelerde kullanılmasına izin verir.
Karbon dioksit, tek bir karbon atomu ve iki oksijen atomundan oluşan bir moleküle sahip bir bileşiktir. Karbon ve oksijen atomlarının dış kabuğundaki elektronlar, kovalent bağlar oluşturmak için paylaşılır. Karbondioksit, oda sıcaklığında bir gazdır ve Dünya atmosferinin yüzde 0.03'ünü oluşturur. Karbondioksit, normal atmosfer basıncında sıvı fazdan geçmeden bir katı oluşturması bakımından olağandışıdır. Bu süreç süblimasyon olarak bilinir. Karbondioksit, -56 santigrat derece (-68.8 Fahrenheit derece) sıcaklıkta kuru buz oluşturmak üzere süblimleşir.
Bitkilerin güneş ışığını glikoz şekere dönüştürdüğü süreç olan fotosentez, en temel biyolojik reaksiyonlardan birini oluşturur. Yeryüzünde gerçekleşir ve besin zincirinin alt kısmında yaşamın temelini oluşturur, memeliler gibi daha karmaşık organizmalara besin kaynağı sağlar. Gıda. Fotosentez, glikozu sentezlemek için doğal bir karbon kaynağı gerektirir; bunu atmosferik karbondioksit gazından elde eder. Fotosentez için kimyasal kelime denklemi:
Azot, proteinler ve nükleik asitler gibi temel biyolojik moleküllerin temel yapı taşıdır. Atmosferdeki azot gazı, "azot sabitleyici" bakteriler tarafından yakalanır. Bu işlem sırasında azot ve hidrojen gazları, bitkilerin doğrudan emebileceği amonyağa dönüştürülür. Alternatif olarak, amonyak toprakta bozunarak bitkilerin de emebileceği nitratlara dönüşür. Bitkiler, klorofil, proteinler ve nükleik asitler gibi biyokimyasal molekülleri sentezlemek için amonyak ve nitratları kullanır. Azot, bir dizi işlemle atmosfere geri salınabilir. Toprakta yaşayan denitrifikasyon bakterileri, nitratları nitrojen gazına dönüştürebilir. Alternatif olarak, bitkiler içindeki nitrojen içeren moleküller hayvanlar tarafından tüketilir ve bu da nitrojen açısından zengin dışkı ile sonuçlanır. Nitrifikasyon bakterileri bu atıktaki amonyağı parçalayarak nitratlara dönüştürür. Denitrifiye edici bakteriler daha sonra bu nitratları nitrojen gazına ayırır. Bu adımlar azot döngüsünün temelini oluşturur.