我们称之为空气的、分子和粒子极其多样的混合物，其历史可以追溯到 45 亿年前，那时太空岩石和星子轰击着正在形成的地球。随着这些物体碰撞，它们释放出浓厚的二氧化碳和氮气混合物。后来，其他类型的陨石和彗星在撞击时汽化，为我们的星球带来了水，以及更多的碳和氮。随后，火山爆发开始将蒸汽和更多的气体从年轻的地球内部泵出。随着时代的流逝，大部分二氧化碳被吸收到碳酸盐岩中，地球大气的厚度，最初比现在厚 10 到 20 倍，逐渐变薄。
即便如此，当时的空气也远非我们今天享受的富含氧气、维持生命的物质。大约 27 亿年前，海洋中的光合藻类开始产生影响，吸收二氧化碳作为燃料，并将副产品——氧气——释放到空中。太阳的紫外线将一些氧分子分解，游离的元素氧与普通氧结合生成臭氧。随着时间的推移，新的分子堆积起来，形成了臭氧层，这是一个漂浮在地表上方几十英里的天然防晒屏。由于免受有害紫外线的侵害（否则这些紫外线会破坏 DNA），植物得以蓬勃发展。更多的植物意味着更多的光合作用，以及大气中更多的氧气。最终，大气中含有足够的氧气和高层臭氧来维持我们现在所知的呼吸空气的生命。
多孔球粒陨石星际尘埃颗粒。| 图片由德国明斯特行星研究所的 E.K. Jessberger 和美国华盛顿大学西雅图分校的 Don Brownlee 提供，此文件根据 知识共享署名 2.5 许可协议许可。
E.K. Jessberger，德国明斯特行星研究所，以及 Don Brownlee，美国华盛顿大学西雅图分校，此文件根据 知识共享署名 2.5 许可协议许可。
随着地球的陆地和海洋变得越来越拥挤，空气也同样如此。大气主要由 78% 的氮气、21% 的氧气、含量高度可变的少量水蒸气以及痕量的氩气、二氧化碳和其他气体组成。植物、动物，尤其是人类，在这些主要成分之上添加了自己独特的化学印记。有常见的罪魁祸首——人类活动产生的过量二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘和铅。还有一长串其他污染物：汽车、船只、燃烧木材的壁炉和其他来源每年会产生超过 25 万吨致癌的甲醛。仅在美国，家庭烹饪和供暖每年就会产生 37.5 万吨苯，这是另一种致癌物，美国人每年将其释放到空气中。仅美国的农业活动每年就会排放超过 200 万吨氨气。即使是水蒸气也可能导致污染。燃煤电厂附近额外的湿气会加速二氧化硫烟气转化为硫酸，增加该地区的酸雨。
加州大学伯克利分校的环境工程学教授 William Nazaroff 说：“我们正在呼吸着这种由物质组成的混合物，它不是我们大气的主体，但含量相当可观。”“我们了解了很多，但对于这个奇妙而复杂的系统，我们还有很多未知。”
任何释放到大气中的物质都会迅速扩散，因为空气在不断流动。太阳的加热辐射驱动着从赤道到亚热带的环流。温度和压力的变化驱动着风暴，从微小的涡流到猛烈的漏斗云。在全球范围内，大气分子的加热导致低层大气（对流层）在白天膨胀并向上伸展；夜间冷却时，它会回落。在最小的层面上，空气分子以每小时数百英里的速度不断地相互碰撞，像台球一样弹来弹去。在几周内，任何给定体积空气中的分子都会环绕全球。几年后，原始分子将在对流层中均匀分布。
用一个人的例子来解释：当尤利乌斯·凯撒呼出最后一口气时，他将约 10^22 个分子留在了他周围的大气中。肺部呼出的空气中含有 78% 的氮气、16% 的氧气和 4% 的二氧化碳——与吸入的相比，氧气含量减少，二氧化碳含量增加了百倍以上，这是由于人类的新陈代谢。其中一些二氧化碳可能被附近花园里的植物捕获并消化了，但绝大多数呼出的分子开始扩散到越来越大的区域。在十年内，那口气已经完全扩散到地球上，并且大部分仍在循环。很有可能，凯撒（或者莫扎特或马丁·路德·金）死时呼出的分子中，至少有一个正在你阅读这些文字时流入你的肺部。
空气永恒的循环特性并不适用于许多污染物和有机化合物，它们在完成环球旅行之前就会被化学反应分解。（因此，你也不会吸入凯撒最后一杯葡萄酒的任何酒精蒸汽。）尽管如此，仍有许多有毒化学物质会停留足够长的时间，产生严重影响。最近的研究表明，横跨大西洋的船舶排放物、加拿大森林火灾和俄罗斯工厂排放的污染物都飘到了北极，在那里它们产生了硫酸盐、氨、烟尘和硝酸盐造成的变暖的烟雾。德克萨斯农工大学的大气科学家 Renyi Zhang 发现，盛行风将中国和印度的工厂产生的烟尘和硫酸盐携带到太平洋上空数千英里。计算机模型和卫星观测表明，这些微小的颗粒会增加北太平洋某些地区的风暴云覆盖率 20% 到 50%，在某些情况下足以改变风暴路径。张说：“这将对全球天气产生重大影响。”空气的不停歇的运动也有积极的一面。许多植物，包括玉米和小麦等谷物，都依赖风来传播花粉。撒哈拉沙漠的尘埃带来了意想不到的礼物。飘过大西洋，它可能减弱了 2006 年飓风季节的强度。它似乎还为亚马逊雨林带来了重要的矿物质养分。
在室内，空气又增添了各种新的特质。普通家庭的空气中含有家用清洁产品中的氯气、蟑螂和其他昆虫的碎片，以及从地毯或沙发上扬起的微小尘螨。当我们换衣服时，每分钟会向空气中释放 1 亿个可吸入微生物。洪水过后，室内的霉菌可能会成为空气中令人烦恼甚至致命的组成部分。
工作场所也 hardly 干净。典型的办公室内空气每立方米含有数百个真菌孢子、89 微克乙醇、42 微克丙酮、16 微克甲醛、半微克氯仿，以及人类肠胃胀气的副产品，这是甲烷和硫化氢的主要来源。
根据加州伯克利劳伦斯国家实验室的微生物学家 Eoin Brodie 的说法，吸入这种大杂烩可能也有好处。他是一个研究美国空气微生物多样性的团队的成员——该团队在其中发现了，除其他外，与炭疽病相关的细菌的极低浓度。Brodie 怀疑低水平接触其他微生物可以增强我们的免疫系统。“它实际上可能在保护我们，”他说。
而且，大气的一些保护性特质可以弥补空气中一些杂质的负面影响。空气会焚毁几乎所有非最大的太空岩石，阻止它们撞击我们的星球；绝大多数甚至无法穿过平流层。其代价是持续不断的宇宙尘埃降落。从统计学上讲，每年你都会吸入三颗在穿过地球大气层时剥落的陨石碎片。
空气将我们与这个星球最遥远的地方、所有曾经存在过的生命，甚至更远处的宇宙联系起来。“如果它存在于地球上，”麦吉尔大学化学家 Joe Schwarcz 说，“那么空气中就会有一些它的残余。”
