Атмосфера Землі складається з багатошарового шару газів, які утримуються на місці завдяки силі тяжіння. Основними складовими атмосферного повітря є азот, кисень, аргон і вуглекислий газ. Азот і вуглекислий газ є важливими для життя на Землі і життєво необхідні для ряду біохімічних процесів, таких як фотосинтез та синтез білка.
Азот - елемент періодичної системи з атомним номером 7. Ядро азоту складається з 7 протонів з позитивним зарядом і, як правило, 7 нейтронів з нульовим зарядом. Для того щоб підтримувати електрично нейтральний атом, 7 електронів обертаються навколо ядра в серії оболонок. Азот є газом кімнатної температури і становить близько 78 відсотків атмосфери Землі. Азот розріджується при -210,1 градусах Цельсія (-346,18 градусів за Фаренгейтом), що дозволяє використовувати його в кріогенних експериментах та діяльності.
Вуглекислий газ - це сполука з молекулою, що складається з одного атома вуглецю та двох атомів кисню. Електрони у зовнішній оболонці атомів вуглецю та кисню спільно утворюють ковалентні зв’язки. Вуглекислий газ - це газ кімнатної температури і становить 0,03 відсотка атмосфери Землі. Двоокис вуглецю незвичний тим, що утворює тверду речовину, не проходячи через рідку фазу при нормальному атмосферному тиску. Цей процес відомий як сублімація. Вуглекислий газ сублімується, утворюючи сухий лід при температурі -56 градусів Цельсія (-68,8 градусів за Фаренгейтом).
Фотосинтез, процес, за допомогою якого рослини перетворюють сонячне світло на цукор глюкози, є однією з найбільш фундаментальних біологічних реакцій відбувається на Землі і становить основу життя на дні харчового ланцюга, забезпечуючи складніші організми, такі як ссавці, запасом їжа. Фотосинтез вимагає природного джерела вуглецю для синтезу глюкози; він отримує це з атмосферного вуглекислого газу. Хімічне рівняння слова для фотосинтезу:
Азот - важливий будівельний матеріал основних біологічних молекул, таких як білки та нуклеїнові кислоти. Газовий азот з атмосфери захоплюється бактеріями, що "фіксують азот". Під час цього процесу азот і гази водню перетворюються на аміак, який рослини можуть безпосередньо поглинати. Крім того, аміак розпадається в грунті на нітрати, які рослини також можуть поглинати. Рослини використовують аміак та нітрати для синтезу біохімічних молекул, таких як хлорофіл, білки та нуклеїнові кислоти. Азот може виділятися назад в атмосферу за допомогою ряду процесів. Денітрифікуючі бактерії, що мешкають у ґрунті, можуть перетворювати нітрати в газоподібний азот. Крім того, азотвмісні молекули в рослинах споживаються тваринами, в результаті чого виділяються багаті азотом екскременти. Нітрифікуючі бактерії розщеплюють аміак у цих відходах, перетворюючи його в нітрати. Денітрифікуючі бактерії потім розщеплюють ці нітрати до газоподібного азоту. Ці етапи складають основу кругообігу азоту.