大氣是由多種氣體組成的混合物，營養物質貧乏，理化條件多變，並非是微生物的天然生境。存在於大氣中的微生物主要來自各種汙染源。例如，① 寄生在人和動物體內的微生物，可以從呼吸道排出直接汙染大氣，也可以隨排泄物（唾液、痰液、膿汁、糞便等）排至地麵，然後隨飛揚的灰塵進入大氣。 ② 土壤裏的微生物，可附著在細小的土壤顆粒上，並被風懸浮於大氣中。③ 水體內的微生物，則可被水麵吹起的小水滴和氣溶膠攜帶至大氣。汙染大氣的微生物種類較多。其中，八疊球菌、細球菌、枯草杆菌以及黴菌的孢子等對外界環境有很強的適應能力，可在大氣中長期停留。
室外空氣中的微生物數量與許多因素（人口密度、植物數量、土壤和地麵的鋪墊情況、以及氣流、氣溫、濕度、日照等）有關。一般的垂直分布規律為：近地麵空氣中的微生物含量較大，隨高度上升逐漸減少，至大氣上層完全消失。室內空氣中的微生物數量通常高於室外。在通風不良、人員擁擠時，菌體密度更高。在未經消毒的醫院病房裏，甚至可能出現大量的病原微生物，如結核杆菌、白喉杆菌、葡萄球菌、溶血鏈球菌、麻疹病毒、流行性感冒病毒等。空氣的傳播能力很強，一旦病原菌進人其中，便有可能使空氣成為傳播媒介，造成這些傳染病流行。 2003 春 SARS 病毒即是主要通過空氣飛沫近距離傳播的。
某些微生物代謝產物，尤其是某些氣態產物如甲烷、硫化氫和氮氧化物等，也可汙染大氣。由分布於沼澤、水稻田、江河海洋湖泊沉積物等厭氧生境中的產甲烷細菌產生的甲烷，硝化作用和反硝化作用過程中形成的氮氧化物，都是對全球氣候變暖有重要貢獻的溫室效應氣體。甲烷是僅次於二氧化碳的第二個重要的溫室效應氣體，且就單個分子而言，對於溫室效應的貢獻甲烷要比二氧化碳大好多倍。在富含硫氧化物的厭氧生境中，由硫酸鹽還原細菌形成的硫化氫散發入大氣，造成局部大氣環境的汙染，產生令人不愉快的惡臭氣味，甚至可引起人類和動物的窒息和中毒。
防治大氣微生物汙染的措施是：① 室內通風，借助氣流來稀釋和排除室內的微生物。影劇院、禮堂、會議室等人員擁擠的場所，均應采取這一措施。這也是防治非典的一個有效方法。 ② 空氣過濾，對空氣清潔程度要求高的場所，如手術室、無菌實驗室等，可采用過濾器過濾空氣，以除去帶菌塵埃。③ 空氣消毒，用物理法或化學法殺滅空氣中的微生物。物理法主要是用紫外線照射。化學法主要是噴灑或熏氯甲醛、乙酸、次氯酸鈉（或漂白粉）、三乙烯乙二醇、過氧乙酸、丙二醇等化學藥劑。
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