第一章 地球環境與我們人類
現代人類大都定居在城市或鄉村，不論城市或鄉村都已經不同於野人穴居的自然環境，而是經過人類營造的人為環境。城市是典型的人為環境。現代人類社會是以城市為中心，而後以郊區、鄉村、原野（或山村、或湖沼、或江河、或濱海）幾個層次與自然環境銜接，向自然環境擴展。
蟄居城市的人們盡管為這裏的物質享受和便利的服務所吸引，然而也渴望經常回到那綠色的大自然中，一吐胸中汙濁之氣，一清耳邊嘈雜之聲。在大自然的懷抱裏，呼吸清新空氣，注目遊魚流水，細聽蟲鳥合唱，飽覽大地風光，何嚐不是人生之一大樂事。也許你早就設想人類在地球上建造花園般的城市，那裏看不到各色煙塵，聽不到惱人的轟鳴尖叫，也沒有使人窒息的擁擠，處處清潔、整齊、寧靜、方便和給人以美的享受。是的，會有一天你是在這樣的環境裏生活。也許你操縱著太陽能直升飛機，也許你駕駛著氫燃料汽車，在你的眼前展現一幅幅圖畫般的美景。一條條林蔭大道，喬木行行，灌木叢叢，綠草成坪，鮮花織錦，掩映著住宅、學校、商店和工廠。間或高樓參差，式調優美。喜鵲不時發出喳喳聲飛過，鴿子成群地落在廣場上。這裏你看不到一塊裸露在外的土地。越過橫架在河麵上的巨大橋梁，碧波流水使你眼目為之一新。從堤岸上垂釣者的悠閑神情和時而發出收獲的歡笑，你會感到這優美人間呼之欲出的潛在活力。你馳（飛）進了郊區，一列列不高不矮的樓房、整齊的菜畦，明亮的暖棚，白色籬笆內的一片廠房在生產人造蛋白質或合成糧食。你馳（飛）向鄉村，欣欣向榮的莊稼地和果木林伸到遠方。色彩雅致的別墅和農舍，幾聲犬和隱約可聞的奶牛哞哞叫喚，使這裏更顯得恬靜可愛。你馳（飛）向芬芳空曠的原野，透藍的天空，變幻的雲朵，繁花點綴，鬆柏滴翠。在金風送爽的季節裏，狐狸在小山上叫著，驚起的毛兔稍縱即逝，小鹿悄悄地穿過草叢來到溪邊，燕雀，黃營、野鴿和鷦鷯......的合唱聲中還有大雁招呼同伴的鳴叫。你馳過山林，越過河穀，跨過湖沼，飛過海濱，翩然降落在原始雨林。所過之處，你簡直可以忘掉塵世。因為大自然是人類的搖籃。從人為環境的文明精雅到自然環境的粗獷浩瀚，無處不生機勃勃。然而，你所見到的，部分是現實，部分卻是曆史的夢境，更多的部分是明天的預言。
五個圈界 地球環境是一個絢麗燦爛的世界。它賦予人類豐富的資源、陽光、空氣、水、礦物、土壤和生物，構成了人類賴以生存和發展的物質基礎。對於地球來講，陽光是外來的，而其餘的資源都是地球本身的組成部分。在自然地理學中，我們常把它們劃界為五個圈，即大氣圈、水圈、岩石圈、土圈和生物圈。
這五個圈，對於生活在科學技術還不發達的古代，直至二十世紀以前社會的人類，是一個無邊無際、無窮無盡的感覺，確不知天有多高？地有多厚？海有多闊？"上帝"所造無數之物，對於十八世紀人口不過十億的人類社會，實際上是"取之不盡，用之不竭"的天賜財富。尤其象空氣和水，直到二十世紀五十年代的教科書，還把它們說成是僅有"使用價值"而沒有"價值"的東西。認為沒有"價值"，顯然不是因為太稀少而成為"無價"之寶，恰恰是因為它們太多了，可以不費分文地隨意享用。二十世紀以來，隨著科學技術的飛速發展，人類對這五個圈的知識大大地加強了。他們的"地球環境觀"或"世界觀"也正在發生明顯的變化。
天究竟有多高？透藍的天空就是緊裹著地球的大氣圈，它大約高十六公裏。在這個高度之內，稠密的空氣能夠使到達地球上的陽光散射，而形成景觀藍色的天空。整個大氣圈質量的百分之九十集中在這裏。大氣圈並沒有明確的邊界，高度越高，空氣就越稀薄。全部大氣圈的質量大約六千萬億噸、占地球總質量的百萬分之一不到。它的厚度約一千多公裏。現在的大氣圈主要含有氮和氧，但它原來並不是這樣的。
按地球史到現在約五十億年間，最初若幹億年中，地球表現為單純的無機環境，大氣中沒有氧，更沒有臭氧帷幕對地球表麵所起的保護作用。在太陽的全部紫外光強烈輻射下，構成極端暴烈的條件，根本不可能有任何生物的存在。這時的大氣除了氮以外，主要是還原性氣體，如甲烷、氫、氨等。又過了若幹億年之後，就在礦物質水溶液和大氣滲透的界麵上，在強烈的紫外光作用下，出現了高分子化合物，這些高分子化合物在繼續發展的過程中，進一步轉化為最低級最原始的無氧呼吸生物，這就是生命的開始。在進化過程中，由於生物本身需要氧元素，就從水分子中分解出氧氣，以滿足其需要。又由於植物的光合作用不斷放出氧氣，從而使地球環境中有了氧氣。在大氣中，由於氧氣的逐步增多，加上雷鳴電閃，促進臭氧的形成，構成了臭氧層，使地球環境條件得到改善，有利於生物的形成。大約在十九億年之前，大氣圈由還原性開始轉變為氧化性。直到三、四億年前，大氣圈才具有現在這樣的成分和形態。
大氣圈中與人類關係最密切的是低層的稠密大氣，各種氣候和氣象變幻，就是在接近地麵十六公裏以內的大氣層發生的。這層大氣能因冷熱不同而對流，所以叫做對流層。大氣中的水汽幾乎全部集中在這裏。特別是在它的下半部，這裏是風雲變幻的主要舞台。在這對流層之上，直到高於海平麵一百公裏的一層叫做平流層。這裏的氣流是沿著水平方向運動的。平流層中，在海平麵之上二十到三十五公裏的高度內，大氣中臭氧的含量相對多些。說是多些，其實也隻占大氣質量的四百萬分之一，這就是人們所說的臭氧層。它保護著地球上的生物免受過多紫外線輻射的傷害，是地球特殊的一層保護罩。平流層以外的大氣，因受太陽和宇宙空間輻射波的作用，部分氣體分子發生電離作用生成帶電粒子，越高電離程度越強烈，於是在地球周圍形成能夠導電和反射無線電波的電離層。它在地球磁場的控製下，形成一個無形而巨大的磁層（圖1－1）。
大氣圈就是這樣一層一層地把地球緊緊裹住，遮擋住了太陽的強烈輻射。如果全部的太陽輻射能通行無阻地照到大地，它的頻率高達每秒一百萬億億（1022）周波，其威力足以毀滅一切生命。然而，大氣圈又仿佛空若無物，它能讓一部分柔和的太陽輻射通過，保證供應生命活動所需的能量。大氣圈又是生命呼吸代謝所需氧氣的源泉。一個人每天須吸入大約一萬五千到二萬餘升的空氣，才能保證吐故納新過程的正常進行。斷絕空氣五分鍾，人就會死亡。我們知道，月球是一個死寂的世界，酷熱嚴寒，沒有生命。因為那裏沒有空氣也沒有水。
水同空氣一樣是生命必需品，在人體內起著調節體溫，輸送營養，排除廢物等作用。每個成年人每天大約需要五升潔淨的水。加上衛生方麵則需要四十到五十升水。一個人可以餓七天或十天不死，但不能幾天不飲水。水對人體的影響太大了，小至每個活細胞，大至地球環境，水的含量最多，約占體重的三分之二。地球表麵大約有四分之三的麵積被水覆蓋。水圈是怎樣形成的呢？話要說到四、五十億年前，那時地球還處於熔融狀態，它的巨大熱量使水化為蒸氣，形成彌漫的雲層包圍著地球，因而使輻射波不易穿透。彌漫的雲層又起著隔熱作用，於是地球的溫度開始急驟下降，地表逐漸冷凝變硬。由於冷凝過程中的擠壓、皺褶和斷裂，地球表麵又形成了無數盆穀溝壑。隨著地球的繼續冷卻，使雲中的水氣凝成了水滴開始降雨，並連續下了幾千年。洶湧的雨水吞噬了溝穀窪地，淹沒了山崗丘陵，幾乎覆蓋了全部南半球，海洋誕生了。它是生命的起源地。這使人們聯想到基督教聖經中"諾亞方舟"的故事：上帝為了懲罰它稱之為"乖戾"的人類，以無窮無盡的大水淹沒了大片大片土地，隻有經過上帝事先安排到"方舟"上避難的好人和他攜帶的種子、鳥獸，才得以延續生命，成為今天生靈萬類的祖先。聖經中用神話描繪了地球演化和生命起源，似乎同科學的推斷有著某種微妙的巧合。
浩瀚淼茫的連天波濤曾使人"望洋興歎"。水確實稱得上地球環境儲量最豐富的化合物。它約占地球外層五公裏地殼容積的一半以上，覆蓋著地球表麵的百分之七十點八，麵積達三億六千多萬平方公裏，平均深度為三點八公裏，總體積約合十三億七千萬立方公裏。而一立方公裏的水就足以灌滿十幾個十三陵水庫。這麼多水中，海洋的水就占了百分之九十七；陸地上的地麵水，不算目前尚無法取用的冰川和高山頂上的冰冠，隻占十萬分之十七（0.017％），其中又有一半在內海和鹽湖之中；淡水湖泊和江河流水僅占總水量的百萬分之九十一（0.0091％），約合十二萬六千二百五十立方公裏。淡水的根本來源是雨雪，每年從地表蒸發到天空的水量約為四十二萬立方公裏，而降落到陸地上的水量為十萬五千立方公裏。這十萬五千立方公裏的水中，三分之二為植物蒸騰或自地麵上蒸發掉；其餘三分之一，即約為三萬七千五百立方公裏的水可供人類利用，平均每人每年可攤到一萬立方米或每天二萬七千升。按現在的消費水平看，平均每人每天淡水消耗量不會超過一萬升。