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在有生命之前，就有了化学。早期地球的炎热和动荡加速了化学反应。火山喷出的水蒸气凝结并逐渐形成海洋。它们还产生二氧化碳，以及一些一氧化碳、甲烷、氨和氮。这些气体构成了地球新生的大气层，它们当中携带着有机生命所需的碳、氧、氢和氮。
人们对大气中的气体如何转化为实际生命有很多争论，但也进行了实验测试。科学家哈罗德·尤里和斯坦利·米勒发现，如果一种接近早期地球大气层的气体混合物被电（模拟闪电）击中，就会发生化学反应。将各种气体分子连接在一起的化学键会断裂，形成新的和不同的键，创造出新的分子种类，其中包括所有生物所共有的氨基酸。它们会在海里溶解，并可能产生生命。
后来的研究表明，甲烷和氨在早期地球条件下都会很快流失，进入海洋，这一理论陷入了困境。由于只有二氧化碳、一氧化碳、水和氮可以使用，雷击理论变得站不住脚。然而，小林健成在20世纪90年代的研究表明，借助粒子加速器，将注入巨大能量的质子应用到这个更加受限的大气中，不仅可以形成氨基酸，还可以形成核酸。这些核酸是RNA（核糖核酸）和DNA（脱氧核糖核酸）的组成部分，它们对自我复制的生命形式来说至关重要。
太阳耀斑和宇宙辐射在当时可能是这种能量水平的真实来源，这兴许就是生命或生命的组成部分的起源方式。地球这颗岩石行星形成于距太阳适当的轨道距离，水蒸气在其表面凝结，而火山喷发和地外能量则完成了其余的工作。因此，地球上生命的出现或许是不可避免的。接着，进化带来了随后的进步，充满RNA分子的海洋变为充满各种生物的陆地和海洋。如果重新开始，很可能会有一系列不同的生命进化……或者地球可能只是一碗巨大的RNA汤。
▲埃塞俄比亚海平面以下的达洛尔火山散发着咸味和硫黄味。火山产生了激发生命所需的气体。
在小林健成的设想中，第一批有机分子的碳源不是大气中丰富的二氧化碳，而是火山释放的少量一氧化碳。在一氧化碳分子中，每个碳原子只与一个氧原子结合。它们只有在氧气供应太少而无法形成二氧化碳时才会形成，并且比二氧化碳分子更渴望与其他化学物质发生反应。如果地球上的早期生命真的像小林健成所描述的那样开始，这个过程就不会耗尽大气中的二氧化碳。事实上，从火山和热液喷口逸出的大量二氧化碳最终会溶解到海水中，其中大部分最终会被沉积岩所吸收。只有当光合作用逐步发展时，大气中丰富的二氧化碳才开始耗尽，氧气浓度才开始升高。
在接下来的几千年里，地球大气中这两种对生命至关重要的气体的平衡发生了很大的变化。大气中的氧气在3亿多年前达到峰值，约为35%（比今天的水平高出50%以上）。当时，地球非常温暖，广阔而潮湿的石炭纪森林覆盖了所有的土地，蓝藻和藻类遍布于浅海。地球是一块巨大的太阳能电池板，几乎没有一个光子被浪费。我们熟悉的陆地脊椎动物尚未进化，但这些没有花的森林里仍然充满了丰富而壮观的动物生命。此时大气中浓度较高的氧气使地球上的昆虫和其他陆地节肢动物能够生长到巨大的尺寸。这些动物通过外骨骼上的小孔或气孔被动获取氧气，因此它们可能拥有的体型部分受到大气中氧气水平的限制。在石炭纪时期，翼展堪比现代鸽子的蜻蜓状昆虫在天空中游荡，有一种马陆则长达2.5米。
地球有一个大气层，这些气体在重力作用下保持在原来的位置（由于重力较小，较小的行星和小行星大气较薄或根本没有大气）。自大气层第一次形成以来，随着地球表面和海洋中不同生命形式的发展，其组成成分发生了根本性的变化。
在有1.8亿年历史的瑞典桂皮紫萁被熔岩吞没之前，它会从主要由氮组成的大气中提取二氧化碳。在当时的大气中，氧气的体积约占10%～15%，二氧化碳的体积仅占0.09%。这与今天的大气大不相同，后者含21%的氧气，只含0.04%的二氧化碳（大部分是氮气，占78%）。这1.8亿年的时光见证了无数物种的兴衰，它们的命运随着地球上不断变化的环境而起伏。在其漫长的生命周期中，桂皮紫萁经历并忍受了大气成分、气候、天气、陆地布局和生态系统平衡的变化，当新的因素重塑其世界的性质时，它还在继续这样做。大气中的二氧化碳含量再次上升，这一次是因为人类活动，尤其是化石燃料的燃烧。随着时间的推移，这将对全世界的生态系统产生深远的影响。
