大气圈（被污染的地球面纱）/我们脆弱的星球丛书

作者简介

达娜·德索尼(Dana Desonie)，科学作家，曾获地质学学士、硕士和海洋学博士学位，长期从事科学写作与编辑工作。德索尼在哥伦比亚大学新闻研究院接受科学写作的专业培训，在做了4年的博士后研究工作后。从1994年起，从事关于地球、海洋、太空、生命和环境科学方面的写作和编辑工作，并在亚利桑那大学等高等院校教授地质学、海洋学和科学写作。她的作品多次被收录于中学教科书中，并被杂志、广播电台和网站广泛选用。

内容简介

所有这些来自地球内部和外部的气体形成了地球早期的大气。水蒸气冷 凝形成了云，通过降水在荒芜的地表逐渐形成了河流、湖泊和海洋。尽管早 期的海洋会吸收二氧化碳，但当时大气中的二氧化碳浓度仍然是现今的许多 倍。因此，早期的温室效应要比现在强得多。但由于当时的太阳发光、发热 没有现在强，所以当时的地球并不比现在热。在早期的地球环境条件下，地 表水能稳定地以液态形式存在，这正是生命起源的必要条件。 与现今一样，氮气是当时大气中含量最高的气体组分，而作为现今第二 大气体组分的氧气在当时的大气中属于稀有气体。原因在于当时的地球上还 没有植物，因此也没有光合作用，而光合作用几乎是我们这个星球上氧气的 唯一来源。没有氧也就不会有起保护作用的臭氧层，因此除了一些非常简单 的单细胞生物外，地球上没有进化出更高级的生物。一旦单细胞的植物得以 进化并在地球表面繁殖扩张后，它们便为大气提供了氧。 此后的数亿年问，氧气被许多等待着与氧结合的元素和化合物所吸收， 这类过程称为氧化。例如，在有氧的情况下，铁很容易被氧化而成为铁锈。 当裸露的矿物全部被氧化后，大气中才有了氧气，从此以后，动物的出现才 成为可能。大约在10亿-5．43亿年前，当多细胞植物出现后，大气中的氧气 含量开始迅速增加。大约在4．5亿年前，地球大气中氧气的含量上升到与现 今相当的水平，约占21％。 随着复杂生命形式数量的激增，大气的组分变得相对稳定了。氮、氧和 大多数其他气体的含量在随后的数亿年间基本保持不变。而大气中二氧化碳 的含量则不断发生着变化，其数量取决于来自火山喷发的输人及海洋和植物 相对于大气的输入与输出情况。此外，大气中水汽的含量也处于变化之中， 这主要与当地的环境状况有关。 地球上的大气和生物之间是一种协同共生的关系。动植物生活在这样一 个与自己互惠互利的大气圈中并不是偶然事件。生物通过进化来适应能提供 生存条件的环境。生物进化的过程中非常重要的一点就是不断地去适应所处 的环境。但同样重要的是，大气中的各个组分也被生活于其间的生物不断地 调整。通过光合作用和呼吸作用的交织循环，数亿年来，植物和动物使大气 中的氧气和二氧化碳含量保持在一个适宜的水平。植物和动物并不只是适应 环境，还发挥着创造适宜环境的功用。 现代人类社会不断地向大气中排放cO：和其他温室气体，这已经干扰了 大气中各种气体问长期以来的平衡。那些自然环境中从未出现过的化学物质 ，如氟氯烃(CFCs)，已进人大气。臭氧在大气层底部的增加造成了烟雾的危 害；而臭氧在大气层上部因耗竭而减少，从而增加了地球受到Uv辐射的伤害 。 如果地球未能形成大气层，我们的地球就只能是一处寒冷、黑暗和寂静 之地。对声音的传播而言，空气必不可少。也许科幻电视剧和电影的观众对 此会感到震惊，在外太空中发生的爆炸可以看到但却无法听到！因为真空中 无法听到声音。声音的传播必须要有媒质，即能够前后移动的物质，如空气 、大地或水。当声音通过媒质传播时，媒质将被压缩然后在声波通过后反弹 恢复原态，之后，声音再继续压缩临近区域的媒质——声音就是以这样的方 式进行传播的。声音在大气中的传播速度取决于其所依赖的空气的密度。声 音在潮湿空气中的传播速度要高于在干燥空气中的速度，而在水中的传播速 度则要比在空气中的传播速度快。 一个没有空气的世界就无法飞行。像声音一样，鸟类、昆虫和飞机也必 须通过媒质才能飞行。它们能够飞翔的原因是，在它们翅膀上方空气的压力 要小于翅膀下方空气的压力。这两个压力的差值就是升力。升力近乎垂直地 作用在翅膀的表面从而确保飞行物不坠落。通过扇动翅膀，鸟儿可以向前飞 行和增加飞行速度。如果没有空气的支撑和反作用，也就不会有动物或人造 飞行器的飞行了。 空气由气体分子构成，能自由移动。与所有物质一样，空气分子也受到 地球引力的作用。地球引力就是一种能将所有物体拽向地心的作用力。海拔 高度(海平面以上高度)越低重力越大，所以位于海平面处的空气分子被压缩 得最紧。空气同样也会因其上方空气的重量而被压缩。从大气层顶部开始的 空气柱若施加到位于海平面处人体的肩膀上，其压力将超过1吨。但是人和 动物并没有被压垮，原因在于我们体内的无数分子具有向外的推力，且这种 推力与压力达到平衡。单位面积上空气的重力被称为大气压强，或大气压。 由于重力的减小和上部空气重量的减小，大气压随着海拔高度的增加而 减小。因此，空气的密度在地表处最大并随着高度的升高而减小。高度每增 加6000米，上部空气的重量就会减少一半，所以海拔5500米处的大气压仅为 海平面处的一半。当人们乘飞机上下颠簸或驾车在山区行驶时，耳膜会有鼓 胀的感觉，这其实就是耳朵对大气压发生变化的反应。这种状况源于人耳膜 内的空气分子仍保持先前海拔高度上的密度，从而造成耳膜两侧压力的不平 衡。这种不平衡要等到耳膜内的气体与新海拔高度处的气体压力重新达到平 衡时才会结束。 近地表处空气分子的相对密集程度限制了每个分子的移动。在海平面处 ，一个气体分子在与另一个分子碰撞前所能移动的平均距离小于百万分之一 厘米。分子间的每次碰撞都会释放热量，所以，近海平面处的空气相对而言 比较温暖。在高海拔地区，气体分子的分布没有那么密集，碰撞的概率相对 较小，因而此处的空气相对较冷。P13-15