空氣的作用不僅體現在生物呼吸上，還涉及到大氣層的組成、氣候變化以及生態循環。空氣中的氮氣和氧氣是兩種最重要的氣體，它們不僅維持著生命的延續，還是生產食物和肥料的重要元素。此外，空氣中的惰性氣體雖然含量較低，卻對地球的氣候和環境有著深遠的影響。隨著科技的進步，人們對空氣的認識不斷加深，對其成分和作用的瞭解也越發深入。
空氣的組成與變化
空氣是地球大氣層中的一大氣混合體，主要由氮氣（佔78.1%）和氧氣（佔21%）構成，還包括氬氣（0.9%）和其他少量雜質。隨著海拔高度和氣壓的變化，空氣的組成比例也會有所不同。在人類歷史上，人們一直將空氣視為單一物質，直到法國科學家拉瓦節通過實驗揭示了氧氣和氮氣的存在。19世紀末，科學家們又發現了氦、氬、氙和氖等惰性氣體。
| 氮氣 | 雖然氮氣化學上極為穩定，但它並不屬於惰性氣體。氮氣通過固氮作用進入氮循環，為生物利用。生物所需的胺基酸含有氮元素。通過反硝化作用，氮返回空氣中。工業上常用哈柏法將氮氣轉化為肥料。固氮與反硝化作用相抵消，對空氣中的氮氣濃度影響較小。在深潛時（水深超過60米），壓縮空氣瓶中的氮氣會被氦氣替換，以避免血液中溶解的氮氣引起氮麻醉。 |
| 氧氣 | 氧氣是一種重要的氧化劑，幾乎所有化學燃燒和生理呼吸都需要氧氣的參與。空氣中的氧氣主要由植物的光合作用產生。在地球歷史上，通過光合作用產生的氧氣總量約是目前空氣中氧氣總量的20倍。 |
| 氬氣 | 氬氣是一種惰性氣體，通常不參與化學反應。因此，在焊接過程中常用作保護氣。此外，由於氬氣具有較低的導熱性，它被用於氣密窗玻璃的隔熱層。 |
| 其他痕量氣體 | 痕量氣體的總量極小，因此其濃度的變化可能很大。人類活動和其他自然現象（如火山活動）可在短期內導致這些氣體濃度的波動。 |
空氣成分的濃度在人類生活的時間尺度內變化極小，但這並非自然界中的常數。在地球的整個演化過程中，大氣層不斷變化，其組成成分曾在不同時期發生顯著變化。目前的大氣層組成約形成於3.5億年前。
在100千米以上的高空，由於氣體密度降低，較重的氣體濃度也會下降，因此氫和氦的濃度相對於地面要高得多。
空氣，這看似平凡無奇的氣體，實際上在我們的生活中扮演著至關重要的角色。它不僅是生命的源泉，供給生物必須的氧氣，還具有調節氣温、傳播聲音和介質等功能。空氣的主要組成成分是氮氣和氧氣，此外還包含少量的氫氣、二氧化碳以及其他微量氣體。
呼吸之必需
空氣中的氧氣對於生物的呼吸是必不可少的。當我們吸入空氣時，氧氣經由肺部進入血液，通過細胞的呼吸作用產生能量，同時排出二氧化碳。這種簡單的氣體交換是生命延續的基礎。
氣候之調節
空氣能吸收太陽輻射中的熱量，並以輻射和對流的形式將熱量傳遞到地球表面，從而對氣候起到了重要的調節作用。雲層中的水分蒸發會形成降水，降温並為植物提供生長所需的水分。
聲音之傳播
空氣是聲音傳播的介質。當物體振動時，周圍的空氣分子受到振動而依次碰撞，形成一系列壓力波。這些波浪傳遞到耳朵，人耳將其轉化為神經信號，最終在大腦中形成聲音感知。
氣候變遷
人類活動產生的温室氣體，如二氧化碳和甲烷，導致大氣温室效應增強，進而引發全球氣候變遷。這些變化可能會對地球上的生命帶來嚴重影響，包括海平面上升、極地冰川融化以及極端天氣事件的頻繁出現。
空氣污染的挑戰
隨著工業化的發展和人口的增長，空氣污染逐漸成為一個嚴重的環境問題。氮氧化物、硫氧化物和微粒物質等污染物不僅危害人體健康，還對生態系統造成破壞。因此，採取有效的空氣污染控制措施迫在眉睫。