中华学生百科全书-第875章
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转动加快，中心部分收缩成太阳，周围物质收缩成九大行星及其卫星。最初
收缩凝聚的地球团块是很疏松的，气体不光在地球表面，大部分被禁锢在疏
松的地球团内。这时的地球像一块吸足了水分的海绵团，蕴含着大量的气体。
后来，由于地心引力作用，疏松的地球收缩变小。气体受到收缩，被挤出来。
大多气体分散到地球表面，形成薄薄的一层大气。地球收缩到一定程度后，
收缩速度减慢，强烈收缩时产生的热量渐渐失散，地球逐渐冷却，地壳开始
凝固。地球凝固后，地球内部受反射性元素的作用不断升温，使地壳一些地
方发生断层、位置移动和火山爆发。地壳和岩石中的水和气体也随之释放出
来，这些被释放出的气体中，一部分像氢和氦等轻分子跑到了宇宙空间，而
氧和氮等重分子大部分被地球吸力抓住，充实了地球大气。
地球不断失去氢和氧，然而太阳风和地球本身的活动，如火山爆发等，
又不断地补充地球大气失去的气体。所以，从古至今，地球大气总是那么丰
富。
大气圈
在地壳外面的广阔空间，是地球的“大气圈”。人们常称它是地球的外
衣。谁都知道，作为地球环境要素之一的大气，是各种生命不可须臾缺少的
东西。但你可曾知道，如今的大气，早已不是原来的大气了，而是至少经过
两次“更新”之后的第三代大气。
现在笼罩着地球的大气，其厚度在 3000 公里左右，通常称之为大气层或
大气圈。它的总质量并不大，仅相当于地壳总质量的 0．05％。大气圈在结构
上，自下而上依次可分为对流层、平流层、中间层、热层和外层。
对流层 从海平面到 18 公里高空，占大气总量的 80％。对流层里气象万
千，冷热空气上下对流，兴云造雨，下雪降霜，电闪雷鸣都在这里发生。
平流层 从对流层顶到 50～55 公里的高空。此处空气稀薄，水汽和尘埃
含量极少，很少有天气现象，气流平稳，是高速喷气机最理想的飞行区域，
平流层中含有大量臭氧，因此又得名“臭氧层”。它能吸收太阳辐射中 90％
的紫外线，像地球的贴身“防弹衣”一样，使地面生命免遭紫外线伤害。
中间层 从平流层顶到 80～85 公里的高空。它负责吸收太阳的远紫外线
和 X 射线，使大气中的氧和氮分子离解成原子和离子。该层的温度随高度增
加而降低。
热层 从中间层顶到 500 公里处的高空。这一层的温度很高，气温昼夜变
化很大。
外层 500 公里以外高空，是地球大气层向星际空间过渡的区域，它有两
条辐射带和一个磁层。磁层在 5～7 万公里的高处，它是地球大气的最外层，
它像一道挡风的钢铁长城，保护地球生物，免受太阳风的致命打击。
在 50～1000 公里处有一个电离层，分为 D、E、F1、F2 四层，里边的气
体基本都是电离的。地球上的短波无线通讯都靠电离层的反射。80～500 公
里区域，电离密度较小，美丽的北极光就出现在这层。
从成分上说，大气是一种混合物，其组成相当简单。它由不同成分的、
具有不同的性质和功能的物质以适当比例相配备，为有机世界的生存和发
展，提供了有利的条件。现代靠近海平面的干洁空气的组成是：
可是，地球的早期大气却完全不是这样的。
地球脱胎于星云，而星云的主要成分是氢和氦。可想而知，地球的第一
代大气是以氢和氦为主的。不过，地球在形成之初，由于其体积还很小，没
有足够的重力把这些气体挽留在自己周围。因此，最初的地球无法拥有大量
的气体。有如现在的月球或小行星那样。后来，随着地球不断吸引和兼并它
周围的固体颗粒，体积和质量不断增大，地球的引力也不断增大，并可以把
原始的气体吸引在自己周围，便形成了以氢、氦为主的第一代大气。由于这
些大气分子很轻，在阳光照射下异常活跃，很容易逃逸出地球。
随着地球的进一步增长，以及地球内部温度的升高，在地球内部圈层分
化的同时，从地球的内部不断有气体产生出来，这就是地球的第二代大气。
其主要成份可能是水（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）
和氨（HN3），此时还没有动植物呼吸所必需的游离氧。第二代大气产生于火
山喷发或从地球物质中渗出，人们根据当今火山喷发产生的气体和某些陨石
上所发现的气体成分证实了这一点。
至于第二代大气是怎样演化成现代大气的，这个过程比较复杂，但在演
化过程中起关键作用的是绿色植物。因为绿色植物通过光合作用能够吸收二
氧化碳，释放出游离氧，从而把还原大气变成氧化大气，使第二代大气的成
分发生重要变化。
在距今 30 亿年以前，地球上出现了原始的低等植物——蓝绿藻。这是地
球大气由还原大气变成氧化大气的关键性的事件。在距今 6 亿年以前，绿色
植物在海洋中得到大量繁殖与发展，并占据优势。在距今 4 亿年以前，绿色
植物开始在陆地上出现。这样，使得在大气中的游离氧不断增多。同时，还
原大气的氧化过程被加速。在氧化过程中，一氧化碳逐渐转变成二氧化碳；
甲烷逐渐成为二氧化碳和水；氨逐渐转变成水汽和氮。很明显，这时的大气
还不是氧化大气，而是以二氧化碳逐渐占据优势的大气。只是由于绿色植物
光合作用的持续作用，大气中的二氧化碳才得以日益减少，而游离氧日益增
多。有人估计，当大气中游离氧达到现代大气氧的 1％的时候，就可能出现
有效的臭氧层。它对太阳紫外线起屏障作用，可保护地球上生命免遭紫外线
伤害。游离氧是生物发展的产物，反过来它又促进生物界的发展。
大气中氮气的增多，除了与游离氧有关外，还取决于生物的发展。生物
在其生存期间，需吸收环境中含氮化合物，在体内合成蛋白质等复杂的有机
物。当动物及其排泄物腐烂时，蛋白质一部分转变为氨和铵盐，另一部分直
接转变为氮；氨在游离氧的作用下又释放出氮。由于氮的化学性质不活泼，
在常温下不与其它元素结合，所以它在大气中会越积越多，终于成为大气的
主要成分。
总之，在绿色植物的光合作用下，由于二氧化碳不断减少和氧、氮不断
积累，终于使得地球的第二代大气演化成了现代的第三代大气。
地球生命的保护伞
在地球大气由原始大气演化为还原大气时，由于太阳辐射，产生了光致
离解效应。将水分子分解为氢和氧，分解出的氢逃逸出大气层，比氢重的氧
留了下来。性能活泼的氧除了与其他元素化合外，还有一部分形成了臭氧
（O3）。
臭氧（O3）是氧（O2）分子的一种同位素，它主要分布在地球大气的平
流层里，在海拔 25 公里附近密度最大。因此，科学家又把海拔 25 公里附近
的大气层叫做臭氧层。据估计，在海拔 10～50 公里范围内，臭氧占整个地球
所拥有的臭氧总量的 97％以上。但是，与地球大气相比，还不到地球大气总
量的 1％。
臭氧含量虽少，但却维系着地球万物生灵的命运。因为强烈的太阳紫外
线对生物会产生致命的危害，它会破坏生物体内的生殖分子和 DNA（细胞的
脱氧核糖核酸，它起着制造和传递遗传信息作用），引起细胞异变和一些疾
病。紫外线对蛋白质也有破坏作用。而 DNA 和蛋白质对光线的吸收主要集中
在紫外线波段。
臭氧能吸收太阳紫外线，使大气下层的氧分子不再被分裂。被吸收的太
阳紫外线能烤热臭氧及周围的空气，形成高于同温层的空气层，就好像在汹
涌澎湃的对流层上的一把保护伞，挡住了大部分的太阳紫外线，使地球上的
生物免遭紫外线的致命伤害。正因为地球大气中有了臭氧层这个天然屏障，
远古的生物才能从海洋过渡到陆地，而发展成形形色色的生物界，我们人类
以及地球上的所有生灵才能安然无恙地生活在地球上。
如果大气层中的臭氧含量减少，到达地面的太阳紫外线就会明显增强，
地球上的生物就会遭殃了。
水圈
在地球上，很少有什么物质会像水那样变幻多端，分布广泛。上至高层
大气，下至地壳深处，几乎处处都有水的踪迹和水的影响。相互沟通的世界
大洋，陆地上的江河湖泊，以及埋藏于地表下面的地下水等，它们互相连通，
共同构成了我们这个星球上所特有的“水圈”。在地球上的总水量中，海水
约占 97％，其余 3％存在于冰川、江河、湖泊、地下和大气中。如果我们把
地表看做是很平坦的，将地球水均匀覆盖其上，那么全球将成为一个平均水
深 2745 米的水球。水是生命的摇篮，也是一切生命机体活动必不可少的基本
要素。
在太阳系中，地球是唯一拥有液态水的天体。水占地球表面积的 77％（为
此，有人提议地球应改名为“水球”），总量达 145 亿亿吨。这还不算矿物
所含的结构水和结晶水，也不包括生物体中的水（生物机体的 2／3 是水组成
的）。
你一定会问，这么多的水是哪里来的呢？
传统说法，地球上的水是地球形成时，从星云物质中带来的。星云物质
由三大类物质组成：一类是气物质，如氢和氦，约占星云物质的 98．2％；另
一类是冰物质，如水冰、氨、甲烷等，约占 1．4％；第三类是土物质，主要
有铁、硅、镁、硫等与氧的化合物，是些温度高达 1000℃左右时仍是固态的
物质。地球是土物质组成的，但仍有一小部分冰物质，这便是地球水的来源。
1961 年，科学家托维利提出，地球水是太阳风的杰作。太阳风是太阳外
层大气向外逸散出来的粒子流。从地球形成至今，地球从太阳风中吸收氢的
总量达 1．70×1023克。如果这些氢全部与地球上的氧结合，可产生1．53×1024
克的水，恰恰接近地球水的总量 1．43×1024克。
不久前，美国人弗兰克等人又提出一个假说：地球水来自太空冰球。这
位科学家研究了 1981～1986 年以来人造卫星发回的数千张地球大气紫外线
辐射图像，发现在圆盘形的地球图像上总有一些小黑斑。这些小黑斑都很短
命，仅存在两三分钟。经多次分析和否认了其他一切可能后，他们认为这些
小黑斑是由一些看不见的冰块组成的小彗星，撞入地球外层大气后破裂、融
化成水蒸气而造成的。估计每分钟约有 20 颗平均直径为 10 米的这种冰球坠
入地球，每年可使地球增加 10 亿吨水。地球形成 46 亿年，总共可从这种冰
获得 460 亿亿吨水，是现在地球水总量的 3 倍多。扣除蒸发的水分、矿物质
和岩石，以及生物机体内含有水分，仍富富有余。所以，这一假说因无法自
圆其说，也遭到了人们怀疑。
地球之水究竟来自何方？还有待于人类继续探索。
生物圈
在地球发展的最初阶段，地球上本没有任何生命现象。由于地球本身的
特有性质和它在太阳系中得天独厚的位置，决定了地球上物质的进一步演
化。地球上自从有了原始的地壳、大气圈和水圈，生命便合乎规律地出现和
发展了。
现在多数人认为，生命是由无生命的物质转化来的。这种转化，需要有
一定的物质条件，即必须具备甲烷、氨、水汽和氢等，而这些物质在原始大
气中是大量存在的。实现这种转化，还需要有一定的能量，而来自太阳的紫
外线、大气中的电击雷鸣和地下的火山熔岩等都是重要的能源。所以，在原
始地球上，实现从无生命到有生命物质的这种转化，便具备了可能性。
为了模拟这种转化过程，本世纪 50 年代美国科学家米勒成功地做了一个
实验。他在封闭的容器里，按照原始大气的成分，装满甲烷、氨、水汽和氢，
并使之保持一定的温度。同时，在容器中不断地点燃电火花。这样，在经过
一定时期的连续作用之后，终于产生出了有机分子。后来，又有人多次重复
米勒的实验，并加入多种成分的物质，获得了在生命物质中常
