第一章 人類居住的環境
1967年7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林登上了月球。他們回首遙望，眼前出現的是一個比月球大得多的藍色星體，那藍色的中間夾雜的是一塊塊黃棕色。這個星體就是我們人類賴以生存的地球，那藍色便是麵積占地球表麵積71％左右的大海，黃棕色便是陸地。科學家告訴我們，地球的周圍有4個圈層，最外層稱為大氣圈，大氣圈以內便是水圈、土壤-岩石圈以及在上述3個圈層交會處的生物圈。
科學研究的結果表明，大氣圈是地球最外麵的一個圈層。它的密度隨著高度的增加而減小。它不僅提供人類賴以生存的氧，而且還是地球上生命的保護層。所以可以毫不誇張地說，如果沒有大氣，地球上也就沒有各種生物和人類了。大氣是人類生活須臾不可缺少的。有關的生理學實驗表明，人體能夠10天不吃食物、能夠5天不喝水。但是，人能耐受缺乏大氣的時間卻僅僅隻有5分鍾。超過這個時間生命就存在危險。
人們對於大氣的認識，是經曆了相當長的時間才逐步完善起來的。在我國古代的神話故事中，有關空氣的來源是這樣描述的：盤古開天辟地後，出現了青天和土地，盤古怕已經分開的天地重新合攏，就頭頂青天，腳踩大地，站在了天地之間。自那以後，天每日升高一丈，地每日加厚一丈，盤古的身子也隨著天的升高與地的加厚每日長一丈。就這樣，盤古頂天立地地辛苦工作了一萬八千年，終於由於過度勞累而倒了下來。他的身體的每一部分都化作自然界的組成部分--太陽、月亮、大地、高山、江河、風雲、雨露等等，而大氣則是盤古呼出的氣體。雖說神話與科學有著相當的距離，但是，它所包含的自然演化思想，卻或多或少與我們今天所認識的地球自然演化的過程有著相似的地方。
人們對大氣演化的認識至今並不完全。人們隻知道大氣的發展演化一直沒有停止過，大氣有著比大海更深、更廣的空間，它是圍繞地球最大的圈層。它的厚度為2000～3000多千米，它的質量大約是6000萬噸，它的組成非常複雜。
由於原始地球地殼薄弱，內部溫度很高，所以那時的火山活動相當頻繁，地球內部的物質分解產生了大量的氣體，隨著火山噴發衝破地殼釋放出來。
科學家們一般認為，原始大氣中含有碳、氫、氧、氮等元素。它們常以化合物的形式存在，成分大致有甲烷、一氧化碳、二氧比碳、氨、水汽、硫化氫、鹽酸等。
當時，在原始大氣中還沒有形成臭氧層，所以，紫外線可以長驅直入，並且把部分水分子分解為氧和氫。而氫則由於本身質量等原因難從地球飄離出去，氧分子卻很快和地麵的一些岩石結合為氧化物，又由於氨的存在，在吸收了大量的紫外線以後，地球上水的光解被大大地抑製，防止了過多的水汽的喪失，因而，原始大氣在較長的一個時期內保持了還原性氣體的特點。
在近代以前，人們還不知道大氣是多種氣體的混合物。得到廣泛認同的是，大氣是同種物質所組成的密度均勻的單質。直至17世紀初，才有一個名叫範赫爾蒙特的化學家首先提出，大氣可能是由許多種化學性質不同的氣體共同組成的，因為他從一筐爛水果中得到了一種與大氣不同的氣體。隨後，他的觀點被一名蘇格蘭化學家的實驗所證實。原來，範赫爾蒙特得到的就是大名鼎鼎的二氧化碳。這樣一來，證明了以往人類對大氣的認識是錯誤的，從而更激發起人們對大氣成分探索的熱情。科學家們紛紛猜測：是否還有更多的大氣成分沒有被認識？於是，在隨後的一次次探索中，大氣的一個又一個成分被人們認識了。
法國化學家拉瓦錫在18世紀70年代做了一個實驗。他將封閉容器中的汞進行加熱，結果發現原來的汞都變成了紅色，繼續加熱以後，紅色不再改變，而容器中的氣體卻減少了1/5。拉瓦錫想到，汞的顏色變化一定與氣體的減少有關係。通過實驗他又得知：在剩餘的4/5氣體中，蠟燭不能燃燒，老鼠不能生存。他把被汞消耗的、能維持燃燒和生命的那1/5氣體稱作氧氣，剩下的4/5叫做"淡氣"（希臘文的意思是"沒有生命"）。後來"淡氣"又被改稱為"氮氣"。這兩種氣體在18世紀70年代果然都被科學家相繼發現。人們最終發現在空氣中氧氣所占的比率應該是20.9％，餘下部分的氣體中除了極少量的二氧化碳外，其他都是氮。
拉瓦錫發現氧以後的幾年時間裏，一位名叫卡文迪許的科學家對氮產生了極大的興趣。氮是不太活潑的氣體，它不太容易和其他物質發生化學反應。但是，在一定的條件下，它仍然有被迫參與反應的可能，卡文迪許設計了通過電火花的作用，使氮與氧化合而把氮氣消耗完的實驗。但卡文迪許的實驗結果與他的設計要求始終不能吻合，不管他怎樣努力，總是有少量的剩餘氣體排除不掉，這種氣體占原來的氣體的比率不足1％。於是，卡文迪許便想到，這可能是一種人們還不知道的氣體，它甚至比氮更不活潑。遺憾的是，卡文迪許沒找到答案，與卡文迪許同時代的其他科學家也沒有找到答案。
1882年，英國物理學家瑞利把從空氣中得到的氮氣的密度與從某些化合物中得到的氮氣密度相比較，結果發現，從空氣中得到的氮氣比從化合物中得到的要重一些。這使他想到，會不會有可能從空氣中得到的氮不純，夾雜著微量的、還沒有被發現的其他氣體呢？這個問題被蘇格蘭化學家冉賽借助於光譜儀解決了。果然，在空氣中還有一種微量的氣體，他們把它稱作"氬"（希臘文的意思是"懶惰"）。
氬幾乎占了空氣中剩餘的那1％氣體的全部。但冉賽的實驗告訴人們，還有極微量的氣體成分沒有被發現。於是瑞利繼續研究和探索，進一步發現了4種比氬更不活潑的氣體，它們是氖、氪、氙、氦。比他晚些時候的研究人員還發現了大氣中極少量的氧化亞氮（笑氣）、甲烷、一氧化碳等氣體。
我們抬頭仰望，那湛藍的天穹就是緊緊裹著地球的大氣圈。大氣圈以地麵或海麵為下界，卻沒有明確的上界，這是因為空氣隨著高度的增高而變得愈來愈稀薄。整個大氣圈的厚度約為2000～3000千米，氣象工作者們根據空氣密度與高度的關係，通常把它劃分為五層：對流層、平流層、中間層、熱成層（也稱熱層）和外大氣層（也稱外層）。
對流層位於大氣的最下一層，空氣在這裏經常發生垂直方向的對流，較熱的空氣向上升，而較冷的空氣往下降。對流層的厚度大約為8～18千米，它的高度變化與緯度存在密切的聯係，一般是熱帶地區對流層較厚而寒帶地區較薄。在對流層中，每升高1千米，氣溫降低6.5℃左右，所以在對流層的頂部，它的溫度接近或低於0℃。由於大氣中的水汽幾乎全部集中在對流層中，故此，我們常見到的刮風下雨現象都發生在對流層內。
平流層位於對流層的上麵，一直延伸到離地麵50～60千米的高空。空氣在這一層裏主要沿水平方向移動，移動時可達到很快的速度，平流層的名稱就此而來。
平流層之上是中間層，中間層之上便是熱成層，熱成層的特點是溫度極高，約在900℃～1200℃。熱成層的上方即是外大氣層。
潔淨的空氣對人體來說，比任何東西都可貴。人需要呼吸新鮮空氣來維持生命，從某種意義上講，空氣比水和食物更重要。一個人10天不吃飯，5天不飲水還能勉強活下來。但一分鍾不呼吸就會憋得難受，5分鍾不呼吸就會死亡。空氣還是維持人們生活所必需的。做飯、取暖以及工農業生產都離不開空氣。人類對空氣的消耗量如此巨大，但是它隻存在於地球表麵至高空的幾百千米之內。空氣的95％集中在地球上空的對流層中，總重量大約隻有6000萬噸。所以，空氣絕非"取之不盡，用之不竭"的。保護大氣不受汙染，其實就是保護人類生存的基本條件。