欧洲移民刚到澳大利亚时,发现那里青草茵茵,于是具有冒险精神的移民轻率地引进了欧洲兔子。兔子在澳洲没有遇到任何天敌,因此迅速繁衍起来,遍及整个澳洲大陆。它们掘洞挖穴,滥食牧草,造成草地的严重破坏,使得数百万头牛羊无草可食。人类草率的行为,引发了严重的后果。
后来,科学家们发现这种兔子易患一种致命的病毒性疾病——多发性粘液瘤。为了减少兔子的数量,就将感染多发性粘液瘤的兔子放到草地的洞穴里,让其自由活动,引起此病的流行。以后又发现有一种蚊子能够起到传播者的作用,将疾病传给健康的兔子。因此,正当世界其他地方在千方百计消灭蚊子的时候,澳大利亚却反而设法使这类蚊子孳生繁殖。蚊子把多发性粘液瘤病迅速蔓延到整个澳洲大陆,终于使兔子的数量急剧减少。
具有讽刺意味的是,一位法国医生为了消灭自己庄园中的野兔,也从澳洲引进了多发性粘液瘤。可怕的事情发生了:疾病并不局限于他的庄园范围之内,它迅速地蔓延到了整个法国,甚至也传播到了英国……世界就像被一根无形的“链”串在一起,人类的稍不经意,不但影响身边的生物与环境,而且可将这种影响力延伸到很远、很远……生态系统的承载力是有一定限度的,一旦超出了它的负荷能力,将导致整个生态系统的崩溃。
地球的外衣
如果从太空遥望地球,可以发现地球是一颗美丽的、蔚蓝色的星球。正是这颗蔚蓝色的星球上,演化了千姿百态、充满生机活力的生命体,演化出了复杂而高贵的人类。人们把环绕地球外部、让生命得以生存和演化的大气层称为大气圈。它像一层薄薄的绸纱包裹着地球,它是地球美丽的外衣,是地球生命的保护伞,更是地球生物不可缺少的生命要素。
神秘的绸纱
地球被一层厚厚的大气包围着,连续的大气组成了地球的大气圈,它像一顶巨大的魔伞保护着地球。这大气圈既能让阳光透过照射地球,又能适当地保存住地球上的热量,从而调节地球的温度,而且使地球免遭天外物体的袭击。它的主要成分是氮气和氧气,还有二氧化碳、氦等气体。地球大气中氮气占78%,它是地球植物生长不可缺少的肥料来源;氧气占21%,它是人类和一切生物的呼吸之源,也是燃烧的条件,过去人们曾把氧气称为“养气”。
地理表面的能量绝大部分来自于太阳辐射,地球的大气恰好有效地调剂了这种辐射。
白天,当艳阳高照、太阳辐射强烈时,大气中的水滴和尘埃把相当多的能量反射回去,空气分子还吸收了一定的能量,只让一部分阳光照到地球上避免了地球受到过量辐射,使地表在白天保持适宜的温度,不会过高,这就是所谓的“阳伞效应”。假设太阳以辐射形式到达地球的总能量为340个太阳能单位,那么有100个太阳能单位会被云层反射(“阳伞效应”),返回到外层空间;有70个太阳能单位被大气分子吸收;只有170个太阳能单位到达地面。
夜晚,当太阳下山,夜幕降临后,地球吸收的热量开始散失,温度逐渐下降。这时大气层又像一床厚厚的被子,使地表热量不会散失得太快。尤其是大气中的二氧化碳、水蒸气和甲烷等气体,它们对太阳发出的可见光毫无遮挡,使其长驱直入地照射到地球上;但对地表散失的红外热辐射却有强烈的吸收阻碍作用,使地面热量不能迅速丧失,夜晚地表温度不至于过低,这就是所谓的“温室效应”。
正是这两者微妙的平衡使地球上的温度保持相对稳定,使昼夜温差变化保持在生命体可以忍受的限度之内,避免了对生命体的伤害。而像月亮这样的星球,由于表面没有大气的保护,昼夜温度常在-183℃~127℃之间变化,这是一般生命无法忍受的,所以月球上根本没有生命存在。
大气层的物质分布是不均匀的,随着高度的变化,表现出一定的层次结构。由于重力原因,大气向下愈接近地面愈浓稠,向上愈远离地球愈稀薄,气体成分也稍有差别。
与人类生存最为密切的是地面以上10千米内的空气,叫做大气的底层,在热带地区这一层可以扩展到16千米~18千米。相对于大气圈的总厚度来说是很薄的,但它的质量却占了整个大气圈的3/4。大气的温度自地面向高处逐渐降低,大约每升高100米降低0.6℃。因而,这层气体非常活跃,热空气不断上升,冷空气不断下沉,空气上下对流十分强烈,所以又叫对流层。在对流层内,风云雷雨频繁,雾露霜雪时现。正是这些变化,给地面上的生物提供了充足的水分和养料,维持着它们的生长、发育和繁衍。人类活动引起的大气污染现象也主要发生在这一层里,尤其是帖近地面的1千米~2千米内。
从对流层向上,距地表大约50千米左右的高空是平流层。平流层内的情况与对流层完全不同。这里空气稀薄,冷热变化不大,气流平稳,垂直对流运动微弱,一年四季都是睛空万里,水蒸气和灰尘极少,大气透明度好,适于航空飞行。
在平流层中有一个层叫做臭氧层。臭氧是一种三原子氧,是紫外线对普通的双原子氧起作用而形成的。臭氧在地面上浓度很小,至距地表10千米~15千米以上的高空,它的浓度开始增加,而在20千米~30千米高处达到最大。当然,即使在这里,臭氧也只占空气的四万分之一。不过,这样的浓度已足以吸收太阳紫外线,成为地球防御紫外线的保护层,充分保护地球上的生物了。
由平流层一直向上,至距地表500千米的高空,依次是中间层和热层,空气更加稀薄。由于受太阳紫外线、微粒子流和宇宙射线的作用,这里的部分氧气和氮气被电离,因而有人统称这两个层次为电离层。电离层像一面悬挂在天空的巨大反射镜,无线电波经它反射能达到数千米或更远距离,从而实现了远距离通讯。在这一层里,空气分子吸收从太阳射来的X射线、紫外线和其他高能辐射,自身电离成离子,使相当一部分有害辐射得以消除。
500千米以外就是大气的最外圈了,称为外层。这里大气极度稀薄,大部分处于电离状态,其成分也是大气中最轻的氢和氦。这里气体粒子运动得很快,粒子间相互作用也很弱,致使一些高速粒子能够挣脱地球引力和其他气体的阻力,逃逸到宇宙空间中去,所以外层亦称散逸层。地球上空从1000千米到10万千米叫地球磁层,它就像一道“挡风墙”,把以带电的高能粒子为主体的太阳风挡住,使它们只能绕开地球而去。少数强行闯入的粒子,也被低层的强磁场俘获,无法到达地球表面。
大气层是地球母亲坚厚的“防弹衣”。地球有大气层这件厚厚的“防弹衣”,绝大部分陨星没到地面就在空气中因摩擦而烧掉了,夜空中耀眼的流星就是它们生命的残迹。即便有一二颗没烧尽的陨石从天而降,这时它们的体积也已大大减小,其危害已大大减弱。每个在宇宙中运行的天体都不断受到陨石的袭击。如果观看人造卫星发回的月球照片,最引人注目的便是那一个个大大小小的环形山,这些都是大大小小的天外来客——陨石留下的纪念。
地球空调
地球表面温度的平均值是14℃左右。至少在近34亿年以来,地表平均温度的变化,一直是限定在严格的范围之内。地表这种对生物以及人类极为适宜的生存条件能得到维持,是大自然调节的结果。大气运动便是地球气候“调节器”之一,是大气物质循环和能量平衡的动力源泉。
地球上不同纬度的地带,太阳光线的入射角不同,地面单位面积上所接受的太阳能量也不一样,大气的密度和温度分布也是不均匀的。为了实现均匀分布,空气便开始运动,从气压高的地方流向气压低的地方。
空气的流动就会形成风。地球周围的大气好像一部巨大的机器,昼夜不停地运动着。正是这种不停的大气运动,形成了地球上不同地区的不同天气和气候,调节了全球的热量分布。
大气运动的能量来源于太阳。地球上各个地区接受到的太阳光热不同,赤道和低纬地区受热多,空气膨胀上升;极地和高纬地区受热少,空气收缩下沉。这样就使赤道地区上空的气压高于极地上空的气压,促使赤道上空的空气向极地上空方向流动。赤道上空的空气不断流出,空气质量逐渐减少,地面气压下降而形成一个常年存在的低气压带,即赤道低气压带。在极地上空,因有空气不断流入,地面气压就会升高而形成一个高压带,即极地高压带。于是,在大气下层就出现了极地气压高于赤道气压的差异,产生了自极地流向赤道的大气运动。这支气流在运动过程中,又增热上升,补充赤道上空流走的空气。这样在赤道和极地之间就形成了一个南北向的闭合环流,在气象上称“哈特莱环流”。
大气运动还时时刻刻受到地球自转运动所产生的偏向力的影响。在北半球,空气流动的方向要发生向右的偏转;南半球要发生向左的偏转。这样,当赤道上空的空气向南(北)极流动时,它的运动方向要不断发生向左(右)偏转。大约到了纬度30~35度附近的高空,气流偏转方向接近90度。也就是说,原来是南北方向的气流,逐渐变成东西方向。从赤道上空源源不断流动过来的空气,受到这股东西方向气流的阻挡,渐渐堆积起来,空气开始下沉,结果使这一区域下层的大气压力增高,形成了常年稳定、势力庞大的副热带高压带。因副热带高压带内盛行下沉气流,所以常年缺云少雨,气候干旱,如非洲的撒哈拉等世界著名的大沙漠,就分布在副热带高压带控制的地区。
副高压下沉气流到低空后就兵分两路,一路流向赤道,在偏转力作用下,形成东风带(东北或东南信风),与赤道上升气流共同组成低纬环流;一路流向中高纬度地区,在偏转力作用下,形成盛行西风带,成为中纬环流的一个组成部分;在高纬地区还存在一个高纬环流。这样在全球形成不同的气压带和风带,我国地处中纬度地区,环绕全球、规模宏大的西风带从高空通过,对我国的天气和气候有很大的影响。
无论是南北向环流,还是东西向环流,大气携带水汽,翻山越岭,在适当的地区凝结降雨,释放出热量,调节了水分和热量的全球分布。这不仅决定着天气和气候进程,而且在很大程度上影响着地球的生态环境。特别是在大气污染十分严重的情况下,这种影响不是一城一地,而是全球性的。
大气运动使得排放到空气中的烟尘、硫化物、氮化物等对人类有严重危害的污染物能够远距离输送,越境大气污染已屡见不鲜。
酸雨,被称为“空中死神”,深受酸雨之害的当首推北欧和北美国家。
酸雨使森林衰弱枯萎,河流湖泊酸化。全世界76处固定观测站和各国专家开展大规模调查和分析,发现降落在斯堪的纳维亚半岛、瑞士、奥地利等地的酸性物质,主要来自2000千米以外的英国、德国等中、西欧工业国家。来自这些受害国国内的污染物质最多只占20%~30%,其余都是“他国产物”。
德国鲁尔工业区高达243米的巨大烟囱排放的二氧化硫烟气,不仅使德国人引以自豪的黑森林受到损害,而且借助于风行云移,长途跋涉至北欧上空,使瑞典1.8万个湖泊中的鱼类受到酸雨伤害造成死亡。
虽然大气运动对污染物有重要的扩散作用,近地面的大风可以使污染物迅速扩散,避免造成危害,在一定程度上改善和调节了局部的大气环境。但是,今天的地球已成为一个村庄,鉴于认识的局限,面对大气圈诸多的问题和不确定因素,人类目前尚不至于立即关闭所有燃煤、燃气电站,堵住所有烟囱。我们应该循序渐进地限制污染物排放,使社会有准备地向前演进。通过人类自身的不懈努力,保护好人类赖以生存的大气层。
生命之水
水是生命的乳汁,各种生命都离不开水。
奔腾的江河湖泊,皑皑的冰山雪岭,浩瀚的海洋,飘荡的白云,共同组成了地球广阔的水圈。水是地球生命的源泉,是经济发展的命脉,是地球奉献给人类最宝贵的资源。
在总面积为5.1亿平方千米的地球上,海洋面积就达3.6亿平方千米,占全球表面积的70%以上。而剩下不足30%的陆地上仍分布有江河、湖泊、冰山雪岭。在地球表面,上至天空,下至岩层,到处都有水的行踪。
地球的水圈是由地表水、地下水、大气水和生物水组成的特殊圈层。地表水是积聚在江河湖海里的液态水和分布在高山、高纬度地区的固态冰川;地下水保存在岩石和土壤中;大气水包括空气中的水蒸气、天上的云和到达地表以前的降水;生物水存在于动、植物体内。
生命的源泉
在人类生活的地球上,也许难以找到一种物质,会像水那样变幻多端,那样富有生气。它常使文人墨客为之倾倒,为之陶醉,他们常常用华丽的词藻,来颂吟大海的浩渺,江河的磅礴和湖水的绚丽。水又像一个不知疲倦的旅行家,不断地进行着长距离的旅行。它自海洋以蒸汽形式蒸发上升进入高空,又被风带到大陆,以雨雪形式飘飘洒洒地降落人间,形成径流或渗透到土壤中,化作清澈的泉水重新出现在地表,形成涓涓细流、小溪,最后形成气势磅礴的大河,汇入到浩渺无边的海洋。在海洋中似乎有一台巨大能量的水泵,把大量的冷水或热水从地球的一处带到另一处,这就是我们所说的海流。即使是山上的冰川以及北极群岛(新地岛、斯匹次卑尔根、法兰士约瑟夫地、格陵兰)和南极,也有活动的水。由于冰具有可塑性,在重力作用下逐渐沿山坡和河谷向下滑动,使冰川的末端下降到海中,漂浮、折断成为冰山,冰山被风和海流破碎,消融在海洋里。相互沟通的世界大洋,陆地表面的江河湖泊,埋藏于地壳表层的地下水等,像神秘的项链一样,构成了一个包围地球的若隐若现的变幻莫测的水圈。这个水圈的总水量约有13.8亿立方千米,它同大气圈、岩石圈、生物圈等,相互渗透,相互制约,形成了地球表层的圈层构造,这些圈层的相互作用,推动了地球的发展,也推动了水圈本身的变化。地球上的水,就像一架永不停歇的永动机一样,不知疲倦地循环、运转,一方面为人类提供丰富的资源,另一方面也为人类带来了无穷的忧患。自古以来,人类就在巧妙地利用地球上各种各样的水,并同各种各样的水患进行斗争。在同水的交往中,人类不断地探索它的奥秘,逐渐熟悉了水的世界,也了解到水对人类的贡献,认识到水是生命的摇篮,是生命的源泉。