I luften vi andas finns det syre vi behöver för att leva, men luften innehåller också andra kemiska föreningar och mycket små partiklar. En del av ämnena i luften är helt naturliga och andra kommer från olika aktiviteter som vi människor skapat, till exempel bilavgaser. Bland de naturligt producerade ämnena finns partiklar i form av mikroskopiska pollenkorn och sand, och kemiska ämnen som frigörs från mark, växtlighet och djur. Exempel på naturliga ämnen som avges från träd är så kallade terpener som du kan känna lukten av i en granskog eller från julgranen. De ämnen som släpps ut från bilar, kraftverk och andra mänskliga aktiviteter kallar vi luftföroreningar och de kan vara kemiska ämnen som kväveoxider och kolmonoxid, men också sot och andra typer av partiklar. Luftföroreningarna är i många fall skadliga att andas in och kan ge hälsoproblem som astma, cancer och hjärtsjukdomar. Många luftföroreningar är också skadliga ur ett globalt perspektiv, till exempel genom att de bidrar till växthuseffekten och den globala uppvärmningen.

Jorden omges av ett lager gas som vi kallar atmosfären. Jämfört med jordens storlek är gaslagret väldigt tunt. Det brukar liknas vid skalet på ett äpple.

Vi kallar ofta atmosfären för ”luften”. Ordet luft representerar i vardagligt tal både den volym som atmosfären fyller ut och den gasblandning som atmosfären består av.

Gasblandningen som vi kallar luft domineras helt av gaserna kvävgas och syrgas. En kubikmeter, det vill säga tusen liter, torr luft består av ungefär 781 liter kvävgas, 209 liter syrgas och 9 liter av ädelgasen argon. Det blir totalt ungefär 999 liter och den lilla volym på 1 liter som är kvar består av små mängder av koldioxid, metan, kväveoxider, och många andra gaser. De ämnen som finns i väldigt liten andel kallas för spårgaser. Trots att de har så liten koncentration har många av dem stor betydelse för klimat, miljö och människors hälsa. Ett exempel är växthusgasen metan. Koncentrationen av metan är så låg att bland 550 000 molekyler i luften bara finns en enda metanmolekyl. Metan har dock sådana egenskaper att den ändå påverkar klimatet. Samma sak gäller för andra gaser som till exempel koldioxid och kväveoxider.

Vissa gaser, till exempel koldioxid, är jämnt fördelad i atmosfären. Det beror på att det är en stabil gas som inte reagerar så lätt med andra molekyler och därför bryts den inte ner. Ett kemiskt ämne som inte är alls lika jämnt fördelat är kolmonoxid som finns i högst koncentrationer i städer där det finns mycket utsläpp från bilar. Kolmonoxid reagerar snabbt med andra ämnen och kommer därför inte att transporteras ut och blanda sig med luften i resten av atmosfären. Många av ämnena som släpps ut från bilar deltar i kemiska reaktioner i stadsluften och producerar fler föroreningar. Det skiljer sig mycket i hur dessa ämnen är fördelade i luften i en stad. Längs en gata med mycket trafik och som är omgiven av höga hus kan mycket höga halter av föroreningar samlas.

Atmosfären brukar beskrivas som att den består av flera lager. Närmast marken har vi gränslagret som når mellan 50 och 300 meter över marken. Det är här som luften är i kontakt med mark och hav. De 10 första kilometrarna uppåt kallas för troposfären. Det är i denna del av atmosfären som vi har väderfenomen som moln och vindar. Troposfären innehåller många olika sorters spårgaser som släpps ut naturligt från mark, växter och djur. Dessutom släpps spårgaser ut från mänskliga aktiviteter som avgaser från bilar. Troposfären är som varmast vid markytan och sedan sjunker temperaturen efterhand. Ett flygplan befinner sig ofta på mellan 8 och 10 kilometers höjd när det flyger. Utanför planet är temperaturen omkring -60 °C eller till och med ännu kallare. Medan flygplanet sjunker när det går in för landning, så ökar temperaturen tills den är uppe i vanlig utomhustemperatur. Det blir även en tryckskillnad när planet sjunker. Lufttrycket vid jordytan är fyra gånger så stort som när flygplanet var på sin högsta höjd. Skillnaden i tryck beror på att det är olika avstånd mellan luftens molekyler. Vid det högre trycket vid markytan är luftens molekyler närmare varandra än de är vid det låga trycket på 10 kilometers höjd.

På högre höjd än vad vanliga flygplan flyger på finns den del av atmosfären som kallas stratosfären och som sträcker sig mellan 10 och 50 km från jorden. Stratosfären är viktig för där finns ozonlagret som skyddar oss från skadlig strålning från solen. Till vardags är vi dock mest intresserade av troposfären eftersom det är där vädret händer.

En av de viktigaste molekylerna i luft är vatten. Mängden vatten varierar beroende på var på jorden vi befinner oss och vilken tid på året det är. Vatten finns i atmosfären i tre aggregationstillstånd: i gasfas i luften, som flytande vatten i droppar och som fast is i molnen. Mängden vatten varierar mellan 0,01 % och 4 %. Allra mest vatten i luften är det nära ekvatorn eftersom varm luft kan innehålla mer vatten i gasfas än kall luft. De minsta mängderna vatten finns i riktigt kall luft. Till exempel är luften mycket torr i norra Sverige på vintern.

Att vattnet växlar mellan olika aggregationstillstånd är viktigt för vädret. Varm luft har ett stort vatteninnehåll och det kallas för hög luftfuktighet. När denna luft stiger uppåt i troposfären där det blir kallare och kallare, kondenserar vattnet till vätskedroppar. Denna vätska samlas som vattendroppar i atmosfären och när de är många tillsammans bildar de moln. Mätningar av luftfuktighet har i Sverige gjorts sedan 1950-talet och idag har vi högre luftfuktighet än vi hade tidigare. Det beror på att markens och luftens medeltemperaturer höjts. Då avdunstar mer vatten från mark och växter och luften kan innehålla mer vatten när den är varmare. Ett högre vatteninnehåll i luften kan i många fall leda till kraftigare regn och annan nederbörd. Dessutom kan de ändrade temperatur- och fuktighetsförhållanden göra att vindar ändras och att storskaliga fenomen som monsuner förekommer över större eller mindre områden än tidigare.

Luften är livsviktig för oss eftersom den innehåller syre. Men luften kan också innehålla ämnen som är skadliga för vår hälsa. Dessa kallas för luftföroreningar och kan vara mikroskopiskt små partiklar bestående av olika ämnen i fast eller flytande fas. Det kan också vara molekyler i gasfas. De flesta former av förbränning, till exempel från bilar och kolkraftverk, avger både partiklar och molekyler som är hälsoskadliga. Vissa av utsläppen är direkt hälsoskadliga medan andra är med i kemiska reaktioner i luften och bildar då skadliga ämnen. Sedan människan började använda eld för att laga mat och värma upp hus har vi andats in skadliga luftföroreningar. Forskare har undersökt lämningar av människor som dog för många tusen år sedan och har kunnat se att de andats in sotpartiklar från öppen eld. Det var dock inte ett stort problem på den tiden eftersom det bara var i ett litet område kring eldarna som luften var skadlig.

I gamla skrifter från grekiska författare och från romarriket för mer än tvåtusen år sedan kan vi läsa om hur luften i städerna varit fylld av rök. Det beskrivs hur dålig luften var i närheten av smedjor, lädermakerier och glasblåsare. Dessa hantverkare använde olika kemikalier och eld i sitt hantverk och utsatte sig själva och omgivningen för ohälsosamma ångor och rök. Ofta låg många liknande verkstäder på samma gata vilket gjorde att luften på gatan var hälsoskadlig.

Under industrialiseringen på 1700-talet drabbades hela städer av dålig luft. I Storbritannien fanns det till och med lagar om att skorstenar måste vara tillräckligt höga för att röken skulle ledas bort från staden. De lokala effekterna av luftföroreningar var uppenbara. Människor kunde känna hur de blev sjuka av att andas dålig luft.

Även idag kan hela städer drabbas av dålig luft, så kallad smog. Ordet smog kommer från engelska ”smoke” och ”fog”, det vill säga rök och dimma. När vi idag använder ordet smog menar vi luft med innehåll av partiklar, svavelhaltiga ämnen, ozon och kväveoxider. Tillsammans bildar dessa ämnen en hälsoskadlig luft som kan leda till problem med andning, klia i ögonen, och ibland även leda till problem med hjärtat. Allra sämst luftkvalitet blir det i städer när det är mycket utsläpp av avgaser samtidigt som det inte blåser så mycket och solen skiner. När det inte blåser så stannar luften på samma ställe under lång tid och då kan det ske många kemiska reaktioner mellan molekyler i avgaserna. Dessa kemiska processer leder till nya skadliga ämnen, särskilt när solen lyser starkt. Ett exempel är kvävedioxid från avgaser som faller sönder till kväveoxid och en syreatom när den träffas av solstrålning. Syreatomen reagerar då med luftens syremolekyler och det bildas ozon. Ozon är en viktig gas högt uppe i atmosfären eftersom den skyddar oss mot kraftig solstrålning. Nere på marken är ozon ett giftigt ämne som är skadligt för växter, människor och djur. 

Många miljöproblem som drabbar mark och djur beror på att ämnen transporteras i luften och sedan ställer till med problem. Luftföroreningarna kan transporteras långt via luften. Från början trodde människan att atmosfären var så enormt stor att farliga gaser från förbränning eller industri späddes ut så mycket att de inte skulle vara farliga längre. Från olika luftmiljöproblem har mänskligheten efterhand lärt sig att atmosfären förändras av utsläpp och att detta har konsekvenser för klimat och hälsa. Ett exempel är att det under 1970-talet började bli problem med att träden i europeiska skogar dog. Det kallades för ”skogsdöden”. Det berodde på att regnet var surt och gav ett pH-värde i marken som var så lågt att träden inte kunde leva där. Surheten i regnet berodde på bland annat svavelsyra (H₂SO₄) och svavlet i sin tur kom från avgaser från bilar. På den tiden innehöll bensin och diesel svavel men sedan skogsdöden blivit ett stort problem stiftades lagar om att svavel måste renas bort ur bränslena. När dessa lagar trädde i kraft och bränslena blev svavelfria minskade snart problemet med skadliga halter av svavelföreningar i regnet.

Andra välkända luftmiljöproblem som påverkar hela jorden är ozonhålet och den utökade växthuseffekten som ger global uppvärmning. De allra största orsakerna till luftföroreningar är förbränning av fossila bränslen som påverkar både lokalt i form av försämrad luftkvalitet och globalt i form av växthuseffekten. Vi människor behöver därför börja använda miljövänligare alternativ och även minska vår energianvändning. Det pågår mycket forskning kring nya alternativ för miljövänligare transporter och energiproduktion. Det är viktigt att varje människa tar ansvar och använder miljövänliga alternativ för att vi alla ska få en bättre miljö.