La tabella 1 elenca gli undici gas più abbondanti trovati nella bassa atmosfera terrestre in volume. Tra i gas elencati, azoto, ossigeno, vapore acqueo, anidride carbonica, metano, protossido di azoto e ozono sono estremamente importanti per la salute della biosfera terrestre.

La tabella indica che l’azoto e l’ossigeno sono i componenti principali dell’atmosfera in volume. Insieme questi due gas costituiscono circa il 99% dell’atmosfera secca. Entrambi questi gas hanno associazioni molto importanti con la vita., L’azoto viene rimosso dall’atmosfera e depositato sulla superficie terrestre principalmente da batteri specializzati che fissano l’azoto e per mezzo di fulmini attraverso le precipitazioni. L’aggiunta di questo azoto ai terreni superficiali della Terra e ai vari corpi idrici fornisce la nutrizione necessaria per la crescita delle piante. L’azoto ritorna nell’atmosfera principalmente attraverso la combustione della biomassa e la denitrificazione.

L’ossigeno viene scambiato tra l’atmosfera e la vita attraverso i processi di fotosintesi e respirazione., La fotosintesi produce ossigeno quando l’anidride carbonica e l’acqua vengono convertiti chimicamente in glucosio con l’aiuto della luce solare. La respirazione è un processo opposto della fotosintesi. Nella respirazione, l’ossigeno è combinato con il glucosio per rilasciare chimicamente energia per il metabolismo. I prodotti di questa reazione sono acqua e anidride carbonica.

Il prossimo gas più abbondante sul tavolo è il vapore acqueo. Il vapore acqueo varia in concentrazione nell’atmosfera sia spazialmente che temporalmente. Le più alte concentrazioni di vapore acqueo si trovano vicino all’equatore sopra gli oceani e le foreste pluviali tropicali., Le aree polari fredde e i deserti continentali subtropicali sono luoghi in cui il volume di vapore acqueo può avvicinarsi allo zero percento. Il vapore acqueo ha diversi ruoli funzionali molto importanti sul nostro pianeta:

Il quinto gas più abbondante nell’atmosfera è l’anidride carbonica. Il volume di questo gas è aumentato di oltre il 35% negli ultimi trecento anni (vedi Figura 7a-1). Questo aumento è dovuto principalmente alla combustione indotta dall’uomo da combustibili fossili, alla deforestazione e ad altre forme di cambiamento dell’uso del suolo. L’anidride carbonica è un importante gas serra. L’aumento causato dall’uomo della sua concentrazione nell’atmosfera ha rafforzato l’effetto serra e ha sicuramente contribuito al riscaldamento globale negli ultimi 100 anni., L’anidride carbonica viene anche scambiata naturalmente tra l’atmosfera e la vita attraverso i processi di fotosintesi e respirazione.

Il metano è un gas serra molto forte. Dal 1750, le concentrazioni di metano nell’atmosfera sono aumentate di oltre il 150%. Le fonti primarie per il metano aggiuntivo aggiunto all’atmosfera (in ordine di importanza) sono: coltivazione del riso; animali domestici da pascolo; termiti; discariche; estrazione di carbone; estrazione di petrolio e gas. Le condizioni anaerobiche associate all’allagamento della risaia provocano la formazione di gas metano., Tuttavia, una stima accurata della quantità di metano prodotta dalle risaie è stata difficile da accertare. Oltre il 60% di tutte le risaie si trova in India e in Cina, dove non sono disponibili dati scientifici sui tassi di emissione. Tuttavia, gli scienziati ritengono che il contributo delle risaie sia elevato perché questa forma di produzione vegetale è più che raddoppiata dal 1950. Gli animali da pascolo rilasciano metano nell’ambiente a causa della digestione erbacea. Alcuni ricercatori ritengono che l’aggiunta di metano da questa fonte sia più che quadruplicata nel secolo scorso., Le termiti rilasciano anche metano attraverso processi simili. Il cambiamento dell’uso del suolo nei tropici, a causa della deforestazione, dell’allevamento e dell’agricoltura, potrebbe causare l’espansione del numero di termiti. Se questa ipotesi è corretta, il contributo di questi insetti può essere importante. Il metano viene anche rilasciato dalle discariche, dalle miniere di carbone e dalle trivellazioni di gas e petrolio. Le discariche producono metano mentre i rifiuti organici si decompongono nel tempo. I depositi di carbone, petrolio e gas naturale rilasciano metano nell’atmosfera quando questi depositi vengono scavati o perforati.,
La concentrazione media del protossido di azoto dei gas serra è ora in aumento ad un tasso di 0,2-0,3% all’anno. La sua parte nel potenziamento dell’effetto serra è minore rispetto agli altri gas a effetto serra già menzionati. Tuttavia, ha un ruolo importante nella fecondazione artificiale degli ecosistemi. In casi estremi, questa fecondazione può portare alla morte delle foreste, all’eutrofizzazione degli habitat acquatici e all’esclusione delle specie., Le fonti per l’aumento del protossido di azoto nell’atmosfera includono: conversione dell’uso del suolo; combustione di combustibili fossili; combustione di biomassa; e fertilizzazione del suolo. La maggior parte del protossido di azoto aggiunto all’atmosfera ogni anno proviene dalla deforestazione e dalla conversione di ecosistemi forestali, savane e pascoli in campi agricoli e pascoli. Entrambi questi processi riducono la quantità di azoto immagazzinato nella vegetazione vivente e nel suolo attraverso la decomposizione della materia organica. Il protossido di azoto viene anche rilasciato nell’atmosfera quando i combustibili fossili e la biomassa vengono bruciati., Tuttavia, si ritiene che il contributo combinato all’aumento di questo gas nell’atmosfera sia minore. L’uso di fertilizzanti di nitrato e ammonio per migliorare la crescita delle piante è un’altra fonte di protossido di azoto. Quanto viene rilasciato da questo processo è stato difficile da quantificare. Le stime suggeriscono che il contributo di questa fonte rappresenta dal 50% allo 0,2% del protossido di azoto aggiunto all’atmosfera ogni anno.
Il ruolo dell’ozono nel miglioramento dell’effetto serra è stato difficile da determinare., Non sono attualmente disponibili misurazioni accurate dei livelli di questo gas nell’atmosfera a lungo termine (più di 25 anni in passato). Inoltre, le concentrazioni di gas di ozono si trovano in due diverse regioni dell’atmosfera terrestre. La maggior parte dell’ozono (circa il 97%) trovato nell’atmosfera è concentrato nella stratosfera ad un’altitudine di 15 a 55 chilometri sopra la superficie terrestre. Questo ozono stratosferico fornisce un importante servizio alla vita sulla Terra in quanto assorbe le radiazioni ultraviolette nocive., Negli ultimi anni, i livelli di ozono stratosferico sono diminuiti a causa dell’accumulo di clorofluorocarburi creati dall’uomo nell’atmosfera. Dalla fine degli anni ‘ 70, gli scienziati hanno notato lo sviluppo di gravi buchi nello strato di ozono sull’Antartide. Le misurazioni satellitari hanno indicato che la zona da 65° Nord a 65° Sud di latitudine ha avuto una diminuzione del 3% dell’ozono stratosferico dal 1978.

L’ozono è anche altamente concentrato sulla superficie terrestre all’interno e intorno alle città. La maggior parte di questo ozono viene creato come sottoprodotto dello smog fotochimico creato dall’uomo., Questo accumulo di ozono è tossico per gli organismi che vivono sulla superficie terrestre.

Tabella 1: Composizione media dell’atmosfera fino a un’altitudine di 25 km. L’ombreggiatura verde indica i gas meteorologicamente più significativi trovati nella nostra atmosfera. Sei responsabile solo per i gas meteorologicamente significativi dell’atmosfera.

* gas variabili