书城科普谁来修补破损的地球(星球保卫战)
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第2章 “破烂不堪”的地球外衣(1)

很久以前,地球母亲的外大衣光鲜美丽,但是有一天她发现自己的外大衣脏了,而且还破了几个洞。地球母亲向来温柔贤淑,不去招惹任何事物,那么是谁把她的外大衣弄成这样了?谁才是真凶呢?

§§§第一节地球漂亮的外衣

“妈妈的天空,是慈祥的笑脸,请不要向天空吐烟圈,让妈妈难堪……我们都是地球的孩子,热爱妈妈吧,请不要给妈妈增添麻烦。”

这是一首优美的儿童歌曲——《热爱地球妈妈》歌曲中提到“请不要向天空吐烟”,这是什么意思呢。

地球穿着一件漂亮的外大衣——淡蓝色的大气层。“向天空吐烟”,指的是人类肆无忌惮地污染大气层,还胆大妄为地破坏地球的外大衣——扩大臭氧层“空洞”。

我们每个人对自己的衣服都是很爱惜的。试想,地球的衣服被人类弄脏、弄坏了,她怎么能够高兴呢?

于是,地球不得不惩罚人类,她降下了酸雨,纵容紫外线入侵,让人类遭受了难以收拾的灾难。

现在,是人类应该反省的时候了!赶紧行动起来保护地球的“外大衣”吧,这是一件刻不容缓的事情!

地球也穿外衣吗?

没错,人类穿着外衣,地球母亲也不例外。

地球与大气层

在天朗气清的白昼,绚烂的红日挂在天边,远远望去,蔚蓝的天空无边无际;而在风清月明的夜晚,群星如棋子般陈列天际,遥遥看去,浩渺的宇宙深邃无垠。朗朗乾坤,不论从哪个角度看,天上地下都泾渭分明,中间空蒙蒙的似乎什么也没有。

真的是这样吗?不是的!从太空俯瞰地球,就会看到地球穿着一件淡蓝色的外衣,它有个通俗的名字——大气层。

大气层与岩石圈、水圈、生物圈共同组成地球的自然圈层。大气层是地球上所有生命的“保护伞”,为生命的生存和进化提供了基础环境条件。如果没有了大气层,地球上的生物根本无法抵挡来自太空的大量辐射和陨星的撞击。大约 6500万年前,一颗小小的陨星撞击了地球,导致地球上 90%以上的生物消失殆尽。统治地球长达一亿数千万年的恐龙,就是在那场陨星撞击地球的浩劫中灭绝的。大气层还有一个很大的作用,它能调节温度,抵挡严寒和酷暑,让生物更好地繁衍生息。

是谁给地球制作了外大衣?

地球的外大衣不是能工巧匠裁剪出来的,而是由很多特殊材料浑然天成的。地球的外衣是由多种气体混合而成的,其中氮气约占 78%,氧气约占 21%,二氧化碳、氩、甲烷等微量气体只占了 1%。不止这些,这件外衣中还有一些材料,比如悬浮的水滴、冰晶、固体尘埃微粒等。可别小看这些材料,它们加在一起是相当庞大的,总厚度约有 1100千米,重达 3140万亿吨。

地球的外大衣是怎么搭配的?

有时候,一个人穿的衣服很多,人们会说他穿了里三层外三层。大气层也分为好几层,包括对流层、平流层、中层、热层和外逸层。

大气层的最底层是对流层,这层占据了整个大气层 3/4的质量和大部分水汽。它是一个多姿多彩的舞台,人们经常看到的雷雨、闪电、台风、寒潮等都是在这里上演的。不过,对流层的范围并不大,为 8~ 18千米。

平流层也称臭氧层,在紧挨着对流层的上面。这里的大气一直做水平运动,几乎不出现天气现象。我们常见的高性能飞机,就经常在平流层飞来飞去。

从平流层顶再向上就是中层,这里非常寒冷,气温低到 -80℃左右,有时见到的夜光云就在这一层。

过了中层就是热层了。顾名思义,这层温度很高,白天可达1700℃以上,即使在晚上也会达到 200℃。火箭、导弹和宇宙飞船的防护外壳,就是为了应付热层的高温而设计。

最上面一层是外逸层,这里空气极其稀薄,而且受到的地球引力很小,很多物体一旦到了这里,稍不小心就会跑到太空中去了。

地球还有一件绿色衣裳,那就是植被。植被,尤其是森林植被具有较强调节气候的功能,它们对环境中的光照、温度、水分等因子都有较大的影响,并可使其发生较大的变化。

首先是森林对光照的影响;由于树冠中生长着大量的叶片,当树冠长满叶片时就会使树下或林下的光照条件发生较大的变化。据测算,太阳光线照到森林表面时,有 10%左右的直射光被林冠反射了,有60%~ 80%的光被林冠中叶片吸收了,只有 10%~ 30%的光才能直射到林下。因此,一般在炎热的夏天,在大树下面或森林里就会感觉到比外面凉爽一些,也就是俗话所说的“大树底下好乘凉”。这是由于树冠或林冠阻挡了阳光向下的直射,加上树冠层不断地吸热蒸腾,消耗了许多热量,使得夏季和白天树下或林下的空气温度比外面低。

植被对大气中的水分含量也具有较大的影响,这主要是由于植物的蒸腾作用造成的。植物的蒸腾作用是由于在强光照射条件下,叶片表面温度的增加,使大量叶内水分通过叶表面的气孔散发到叶片周围的空气中,达到吸收热量降低温度的作用。有关的研究结果表明,在植物生活中有 99%的水分需要用于蒸腾作用。因此,要保证植物的正常生长,就必须要有足够的水分供应。

一般情况下,一株玉米每天需要消耗 2千克水,一生需要消耗 200千克水。小麦等谷类作物,每生产 1千克干物质需要消耗 300~ 400千克水,即亩产 1000千克干物质就需要消耗30万~ 40万千克水。而森林的蒸腾作用还要比一般的农田高出许多,一般温带森林生长期内平均日蒸腾量为每公顷 4万千克,热带森林的蒸腾量比温带森林还要高 2~ 3倍。

植物或植被将如此之多的水分带入大气中,对加强水分循环、改善气候条件等均有极重要的作用。一般来讲,具有大面积茂盛森林的区域,其水分循环情况都较好,地下水通过植物根系的吸收,经过蒸腾散发到空气中,增加了大气中的水分含量,不仅提高了空气湿度,而且也促进了降水的形成,构成了良性的循环。

植物的叶子有蒸腾作用森林也可能净化环境

植被还能减弱风力、降低风速,特别是森林植被对风的影响更为明显。风是由空气地流动而形成的,当气流遇到森林的阻挡时,在森林迎风面就会有空气积聚,形成一个高气压区域,在森林前面很广的范围内阻滞了气流的强度和速度,使该区域成为弱风区。同时,在森林的背风面,由于森林阻挡减小了风速,形成了一个低气压区,不仅在林缘局部区域改变了风向,而且还在更大的范围内形成弱风区,从而起到减弱风力、降低风速的作用。因此,人工防护林的营造工作,已成为干旱和半干旱地区防风固沙的主要措施。

由此可见,植被特别是森林植被对局部地区气候条件的改善具有十分重要的意义,大力开展植树造林工作,是一件利国利民的大事。森林除了可改善人类生存环境的气候条件外,还可对人类造成的大气污染起到净化的作用。

森林中的植物在光合作用过程中吸收了二氧化碳,并释放出大量氧气,这本身就是对大气的净化。此外,森林还具有吸收粉尘和有毒气体,杀菌和减少噪声等作用。据统计,地球上每年的降尘量高达几百万吨,有的工业城市每平方千米降尘量就是500~ 1000吨。树木在降低灰尘上的作用表现在两个方面,一方面是降低风速,促使大颗粒灰尘的沉降;另一方面是树叶表面的凸凹构造及其毛绒、蜡质等附属物,对飘浮粉尘有吸附作用。据测定,绿地的减尘率可达30%~60%。

许多树木还具有吸收有毒气体的能力,可把浓度不大的有毒气体吸收掉,从而避免大气中有毒气体积累达到有害的程度。另外,树木也具有一定的灭菌作用,它一方面通过降低大气中的粉尘数量,减少有害菌的载体;另一方面也可分泌出一些杀菌素,消灭空气中的一些细菌、真菌及其他病原微生物。

现代的大城市除了大气污染外,噪声也是影响人们生活和工作、并对人体健康具有危害的一个因素。树木林带对噪声具有良好的消减作用,在街道两旁、广场、公共娱乐场所和工厂周围,营造不同结构的林带,是消减噪声的有效措施之一。

由此可见,植被不仅对人类环境的气候条件具有较强的调节功能,而且对人类的环境污染也有较大的净化能力;特别是对气候条件较差的地区和环境污染严重的城市,开展绿化造林,扩展绿地面积,将是改善人类生存环境,提高人类生活质量不可缺少的一项重要工程。

如果我们以“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干”来形容这件衣裳,绝对不会有丝毫过分之处。人类自诞生以来,世世代代的生存和繁衍依赖于土地,而土地一直慷慨地奉献着自己的一切。即使在横遭破坏的情况下,只要光、热、水条件允许,所剩余的土地仍能长出一些植物。

人类利用土地的过程,就是向土地不断索取的过程。土地母亲以“鞠躬尽瘁,死而后已”的精神,根据人们的一定投入,满足了人们不同的需求。比如,人们播下了种子,施加了水分和养分,土地就可以长出粮食,为人类提供食物;人们平整了土地,用砖瓦搭起房屋,土地就可以满足人类的居住需要。

我们的吃、穿、住、用、行等各种需要,都是由土地母亲默默无私地提供的:

1.果品

人们的生活水平提高后,不但城市居民对果品的需求增加,农村居民也是如此。节假日里,我们经常要串亲访友。在华北地区的农村,过去走亲戚,按照风俗必须带上一些馒头,而现在富裕了,人们不再拎着沉甸甸的馒头了,而越来越多的是带一些瓜果等。此外,人们的生活富足后,也不再仅仅吃一些水果,目前各种果汁、饮料的发展方兴未艾,越来越广泛地受到人们的欢迎。

土地奉献给我们的不仅仅是苹果、梨、桃、杏、板栗、葡萄、花椒、桑椹、香蕉等这些果实,而且还能够提供叶子、根、茎等,如茶叶、甘蔗等;它不但供我们食用,而且有些产品是重要的工业原料,比如橡胶就是其中之一,如果没有橡胶的存在,就不可能有汽车的轮胎、机器的皮带等等。为我们提供这些产品的土地就叫做园地,园地的种类也丰富多彩。

2.牧草

我们的生活离不了肉、蛋、奶等副食产品,这些主要来自于畜牧业,畜牧业的发展以丰富的牧草为基础。生长草本植物,用于发展畜牧业的土地,包括天然和人工种植或改良的草地。自古以来,有关茫茫无际的大草原的描写和叙述是很多的,谈到草原,我们就会想到水肥草美的美丽风光,蓝蓝的天,飘浮着朵朵白云,茂密的牧草在微风吹拂下徐徐荡漾,膘肥体壮的牛羊在安静地吃草饮水,放牧人高昂动听的歌声久久回荡在辽阔的草原上空……这些景象大多已经成为过去,我们只能在小说或童话中才可以读到。如今的草原地干草稀、土地沙漠化日趋严重,鼠害、病虫害时有发生。那么,为什么草地变得如此地荒凉与萧条 ?主要原因是人类无休止地向草地索取,草地根本没有片刻的喘息机会,过多的牲畜挤在狭窄的草原上,草地自身难保,更无力养活牲畜。

3.交通

忙碌的人们每天都要外出工作或学习,一旦走出家门,必然离不开路,这些路包括居民点以外所有用于交通的土地,包括各种铁路、公路、乡村道路、港口、码头、机场以及它们的附属设施和防护林等。

4.生命之源

土地母亲不但给予我们实实在在的土地资源,而且也为我们带来宝贵的水源。我们所在的地球之所以有生命,是因为地球拥有大量的水,我们所在的陆地之所以丰富多彩,是因为陆地具有丰富的淡水,陆地上的水和水利设施,包括河流、湖泊、水库、池塘、滩涂、沟渠、冰川和永久性积雪等都是土地给予我们人类的宝贵财富资源。在一些人口密集或经济发达的城市,已经或将要敲响水资源短缺的警钟,水资源不再是“取之不尽,用之不竭”,将日益变得“滴水贵如油”。

§§§第二节“破损”的地球外衣

由于各种原因,人类穿的衣服可能会出现破洞。地球的外衣“大气层”同样会出现洞。这种洞一般位于臭氧层,称为臭氧层“空洞”。

臭氧层“空洞”

臭氧与人类呼吸的氧气是“同胞兄弟”,它由 3个氧原子组成,在常温下呈淡蓝色。由于这种气体略带臭味,因此被称为臭氧。

臭氧层中的臭氧密度会随着季节发生改变,春季的时候密度最小。从1970年以来,科学家发现每年 10月份左右,这时正好是南极春季,在南极上空的臭氧层的臭氧含量会突然减少 30%~40%,形成“臭氧洞”。科学家经过多年的观测,又发现南极上空的臭氧洞面积呈现逐年增加的趋势。截止到 2008年 9月,南极上空的臭氧洞曾达到了 2700万平方千米,约相当于 4个澳大利亚的面积。

臭氧层为什么会出现“空洞”呢?

臭氧层“空洞”的形成大致有三种原因:

(1)动力气象学上的极地向环流变化造成输送至南极上空的臭氧减少,形成臭氧洞。

(2)极地冰晶效应影响下的多相化学反应引起臭氧的减少,出现臭氧洞。

(3)与太阳辐射变化相关的动力气象因素及光化学反应(包括人类活动影响)综合作用导致臭氧洞的形成。

科学家认为人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶,最典型的是氟氯碳化合物(俗称氟利昂)。氟利昂由碳、氯、氟组成,其中的氟离子释放出来进入大气后,能反复破坏臭氧分子,自己却仍保持原状,尽管数量很少,但足以使臭氧分子减少,直至形成“空洞”。