變幻多彩的地球

人有各種料子做成的衣裳，穿起來有的涼爽，有的保暖。

地球也有各式各樣的衣裳，五顏六色，絢麗多彩，而且會隨歲月的更替而變易。地球特有的大氣、水和生物，使它成為太陽系中獨一無二的色彩豐富的行星。

藍色的衣裳是海洋、湖泊，起著冬天暖和、夏天涼爽的作用。這是因為水所能吸收容納的熱量特別多，使1立方厘米的水升高1℃所需的熱，足以使3000多立方厘米的空氣或是5立方厘米的花崗巖也升高1℃。當(dāng)陽光強烈時，水把大量的熱吸去了，起了降低氣溫的作用；當(dāng)天氣轉(zhuǎn)冷后，水又把熱陸續(xù)放出來，使氣溫不至于降得太低。

地球上約有71％的面積遮蓋著藍色的衣裳，而在大陸上又有大約1/5的土地穿著黃色的衣裳。這是沙漠或半沙漠地區(qū)，它使那里的氣溫?zé)釙r特別熱，冷時特別冷，起著與海洋相反的作用。在沙漠中，晝夜間溫度的差別常常達到好幾十?dāng)z氏度。

黃色衣裳的這種作用，一方面由于它本身吸收容納熱量的能力比水要差許多，同時也因為它不能像海洋那樣經(jīng)常把大量水蒸氣輸送到空中，使那里的空氣保持比較潮濕的狀況。

大氣是地球最重要的一件外衣，它攔截阻擋著太陽射來的熱，同時也阻攔地面的熱向宇宙中散失，假使沒有大氣，被太陽照著的地方就太熱了，而曬不到太陽的地方又太冷了。宇宙飛船便可經(jīng)歷這種奇妙的境界，飛船在陰影處的溫度可低到接近-273℃。在高空中，盡管還未飛出大氣圈的外層，但那里空氣已稀薄到接近地面上人工制造的真空，不能起到吸熱保暖的作用了。

空氣中含的水蒸氣多，吸熱能力就強，所以海洋上潮濕的空氣比沙漠上干燥的空氣更能吸熱保暖，調(diào)節(jié)溫度。

在高山上，空氣稀薄，水蒸氣的含量也少，熱量來得雖多，去得也快，到了一定程度，支出超過了收入。那里常常終年被冰雪所掩蓋，穿起了白色的衣裳。兩極也是終年穿著白色衣裳的地區(qū)，那里因為所處地理位置的影響，陽光是斜射的，陽光在大氣中旅行的路線長，沿途被攔截阻擋掉的熱就多，所以到達地面的熱量就少，因此兩極的氣候便嚴(yán)寒。地面得到的熱量已經(jīng)少了，白色的衣裳更將這些熱大量反射掉，剛落下的白凈的雪能把射到地面90％左右的熱反射回去，這就使溫度更低了。包括兩極和高山地區(qū)在內(nèi)，地球上約有1/10的陸地終年穿著白色的衣裳。冬季“千里冰封，萬里雪飄”，穿上白衣裳的地區(qū)就更多了。這些白色的衣裳對地球上的氣候有著重要的影響，我國氣象學(xué)家呂炯等已發(fā)現(xiàn)，北方海洋的結(jié)冰量和我國長江流域旱澇現(xiàn)象的形成有一定的關(guān)系。至于那種面積廣大的終年積雪的地區(qū)，更是冷空氣的制造廠，廣泛地影響著天氣的變化。能夠使地球上冷暖干濕更加適合人類需要的，是綠色的衣裳。植物掩蓋著地面，掩蓋得最密的是森林，它對改善氣候起著重要的作用�？上У氖牵�和我國遼闊的領(lǐng)土面積比較起來，森林面積顯得太少了。

地球的衣裳和氣候的關(guān)系如此密切，因此我們要使它穿得合適。這是有可能做到的，目前也正在做。植樹造林、合理密植就是在加緊織造綠色的衣裳；修水庫擴大水田則是使陸地上有更多的地區(qū)穿上藍色的衣裳；這些工作的結(jié)果又都使黃色的衣裳逐漸減少。黑化冰川，使白色衣裳變黑的工作也已開始了，還有更多的為大地剪裁衣裳、描龍繡鳳的工作將要進行。在宇宙飛船上天以后，我們對那看不見的最重要的地球的外衣——大氣，也將了解得更清楚，將來也有可能控制它、改造它。我們一定能使地球上的氣候一天天變得更好。

我們翹首望天，似乎高不可及。其實我們所看見的這個“天”，本是“地”的一部分——地球大氣圈的低層。它的高度不過十幾千米，宇宙火箭很容易就穿越過了這個高度，這時再回顧地球，藍天卻已跑到我們的腳下，似輕煙，似薄霧，更仿佛是一層蔚藍色的軟紗裹在地球的表面。

我們所看到的這個裹著地球的藍色面紗，是由稠密的空氣組成的，是陽光在其中散射的表現(xiàn)。

就整個地球來看，愈是靠近核心，組成物質(zhì)的密度就愈大。以大氣圈和地球的固體部分相比較，大氣圈的密度要比地球的固體部分小得多，全部大氣圈的質(zhì)量（5600萬億噸）還不到地球總質(zhì)量的百萬分之一；以大氣圈的高層和低層相比較，高層的密度比低層要小得多，而且愈高愈稀薄。如果以海面上的空氣密度為1，在240千米高空，大氣密度就只有它的一千萬分之一；到1600千米高空，更只有它的一千萬億分之一了。整個大氣圈質(zhì)量的90％，集中在高于海面16千米的空間內(nèi)，大體上也就是我們看到的那個藍色的面紗的厚度。再往上去，空氣就稀薄到不足以使陽光散射形成藍色的天空了。當(dāng)升到比海面高出80千米的高度，幾乎全部大氣圈質(zhì)量的99.999％都集中在這個界限以下；而所余無幾的大氣占據(jù)的空間卻極為廣大，探測結(jié)果表明，地球大氣圈沒有明顯的邊界。高層大氣稀薄的程度比人造的真空還要“空”，但是，在那里確實還有氣體的微粒存在，而且比星際空間的物質(zhì)密度大得多，然而它們已不是氣體分子，而是原子及原子再分裂而產(chǎn)生的粒子了。

以80～100千米的高度為界，在這個界限以下的大氣，盡管有稠密稀薄的不同，但它的成分大體一致，以氮和氧的分子為主，這就是我們周圍的空氣。而在這個界限以上，到1000千米上下，就變得以氧為主；再往上到2400千米上下，變得以氦為主；再往上，則主要是氫；在64000千米以上，大氣便稀薄得和星際空間差不多了。與我們關(guān)系最密切的是低層的稠密大氣。 高于海平面10～12千米以內(nèi)（在兩極較低，約8千米，在赤道上較高，約為16千米）的這層大氣，能因冷熱不同而對流，稱為對流層。對流層是大氣圈中最稠密的一層，大氣中的水蒸氣也幾乎全部集中在這里，特別是在它的下半部。因而這里是風(fēng)云變幻的主要場所，我們所感受到的各種天氣現(xiàn)象都是在對流層里發(fā)生的。

在對流層里，距海面愈高氣溫愈低，平均每升高1千米，溫度就要降低大約6.5℃。而從對流層頂上開始，溫度又隨著高度增加而增加。直到大約高于海面50千米處，溫度又變?yōu)殡S著高度增加而降低。到80千米以上，溫度則又升高，在500千米一帶，可升高到1000℃。

在對流層上面，直到高于海面50千米的這一層，氣流的特點主要表現(xiàn)為水平方向運動，稱為平流層。平流層以外的大氣，因受太陽輻射等作用，氣體分子分裂成為原子，并有發(fā)生電離成為帶電粒子的，愈高這些作用愈強烈，于是在地球周圍形成了能夠?qū)щ�、能夠反射無線電波的電離層。它的底部邊界高度約在65千米左右，頂部邊界在650～1000千米的高度之間。高層的大氣表現(xiàn)不出絢麗多彩的天空景象，但它所表現(xiàn)出的電磁等現(xiàn)象有力地證明著這里大氣的存在，那些高空中的帶電粒子是受著地球磁場控制的，形成一個無形而巨大的磁層。

大氣圈就是這樣層層疊疊，看起來仿佛空若無物，實際上是壁壘森嚴(yán)，將地球重重包住。豈止是面紗，簡直是屏障，是銅墻鐵壁，對地球起著重要的保護作用。

1976年，我國吉林省下了一場隕石雨，成為自然界罕見的珍聞。假使沒有大氣，這種從天而降的隕石將成為家常便飯，給地面造成極大毀壞。正是由于大氣圈的保護，高速沖來的隕石因與大氣劇烈摩擦，減慢了速度；并因摩擦產(chǎn)生的高熱影響，絕大部分隕石在100多千米的高空就化為灰塵和氣體，只有極少數(shù)到達地面，而且已是強弩之末，一般不會造成什么危害了。

從天外向地球襲來的還有強烈的紫外線。假使沒有大氣，過多的紫外線將使地球上的生命無法生存，正是大氣圈保護了我們。在大氣圈中離開海面20～35千米這一帶含臭氧較多。所謂較多，也不過占到四百萬分之一左右，但這點臭氧已足以使大量紫外線被吸收，才使得地球上各種生物免受過多的紫外線傷害；剩下少量的到達地面，對我們來說有殺菌防病作用，反而變得無害而有益了。

那些極其稀薄的為地球磁場所控制的帶電粒子組成的高層大氣，也有保護地球的作用，它能使宇宙中那些以高速沖向地球的粒子流偏轉(zhuǎn)方向。

地球大氣圈的存在，不僅保護了我們，還是生命得以發(fā)生和發(fā)展的重要條件。假使沒有大氣，就沒有燦爛的云霞，更沒有生命的喧囂，而將是白天酷熱，夜晚嚴(yán)寒，天上是黑洞洞的，地下是一片荒涼。月球上就是這種情景。

月球本來也是有大氣的，因為它的質(zhì)量小，引力小，月面的重力只有地面重力的16％，在月球上只要有每秒2.4千米的速度就可逃逸到宇宙中去。因此，體輕而又運動迅速的大氣就沒能在月球周圍保存下來，月球便成了現(xiàn)在這個樣子。

水星的質(zhì)量、引力也都比地球小得多，水星表面的重力只有地面重力的37％，保存下來的大氣幾乎等于零，而且為氦、氖、氬所組成，生命無從發(fā)生。

火星有微薄的大氣，金星的大氣也不少，但是它們的成分都是以二氧化碳為主，大約占到90％以上。二氧化碳是生命發(fā)展所需要的，在自然界中，大量綠色植物以二氧化碳為食料。但是二氧化碳的濃度太大，生命就無法存在了。像地球上這樣適合于生命的發(fā)生和發(fā)展的大氣圈，在太陽系中是獨一無二的。

地球的大氣中，如按重量計算，約75.5％是氮，23.1％是氧，1.3％是氬，0.046％是二氧化碳，剩下的是其他氣體。

地球大氣并非從來如此，而是地球發(fā)展演化到一定階段的產(chǎn)物。有的研究結(jié)果表明：大約在3.5億年前，地球的大氣圈具有了現(xiàn)在這樣的成分和形態(tài)，在大約6億年前，地球大氣中的氧，還只有現(xiàn)在的1/10，約在1億多年前，地球的氣溫才演變成接近現(xiàn)在的狀況。

地球的大氣也曾經(jīng)有過二氧化碳占優(yōu)勢的時候，只是由于物質(zhì)起了化學(xué)變化和后來生物的作用，大部分二氧化碳變成碳酸鹽沉淀在海中，形成沉積巖，以及變成煤和石油等礦產(chǎn)，埋藏在地下。因此，今天地球上的碳，約有99.77％是藏在沉積巖里，0.058％是藏在煤和石油等燃料礦產(chǎn)里，0.16％溶解在水中，只有0.012％存在于大氣和生物體內(nèi)。因此只要巖石中的碳，稍有一小部分轉(zhuǎn)化為二氧化碳，就會大大影響大氣的成分。

大氣不是固定不變的，而是每時每刻都在發(fā)生著變化。

火山噴發(fā)，供給大氣以新的補充，平均計算起來，噴出的氣體中有12％是二氧化碳，73％是水汽，還有二氧化硫、氨、氫等許多其他氣體。此外，還使大量火山塵懸浮于大氣之中�？磥恚�火山噴發(fā)是大氣最初的重要來源之一。今天火山的活動，是大氣從地球內(nèi)部不斷繼續(xù)分離出來的表現(xiàn)。

人類和其他生物的活動也在引起大氣的變化，主要是消耗及產(chǎn)生著氧和二氧化碳。

目前，大氣中二氧化碳的含量有逐漸增加的趨勢。這主要是由于人類大量燃燒煤、石油和天然氣造成的。大氣中二氧化碳含量增加，會使地面的熱量散失作用減弱。在一些工業(yè)過于集中的地區(qū)，由于排放出大量有害氣體和粉塵，污染了那里的大氣，甚至影響到了臭氧層，已帶來惡劣后果。因此，維護大氣的良好狀態(tài)已成為各國人民的共同要求。我們一定要掌握好大氣發(fā)展變化的規(guī)律，調(diào)節(jié)各種因素，使大氣更加適合于人類生存。

來自地下的情報

1800多年以前，在東漢的京城洛陽，有位著名的學(xué)者張衡，一天，他告訴大家：京城西邊有的地方發(fā)生了地震。可是人們并未感覺到震動，誰也不肯相信。過了幾天，送信的使者騎著快馬帶來了消息，果然那天在甘肅西部發(fā)生了地震。

是誰那樣迅速地向張衡報告了地震的消息呢？不是別人，正是地震自己。

原來在發(fā)生地震的時候，從地震的發(fā)源地向四面?zhèn)鞒隽艘魂囮嚥▌�，這種波動叫作地震波，地震波到了哪里，哪里就有震動。地震波跑的速度很快，有一種跑得特別快的叫作縱波，它在地殼中傳播的速度達到每秒五六千米；另一種跑得較慢的，在地殼中傳播的速度也有每秒兩三千米。要知道噴氣式飛機的速度最快也不過每秒1/4千米左右，由此就可以想到地震波傳播得多么快了。

地震波傳播的速度，和它是在什么物質(zhì)中進行傳播有關(guān)，物質(zhì)的彈性愈強，地震波在其中傳播的速度也愈快。當(dāng)?shù)卣鸩▊鞯降孛鏁r，還能激發(fā)地殼表面產(chǎn)生一種只能沿地殼表面?zhèn)鞑サ牟▌�，叫作表面波，地震時造成地面各種破壞的多是由于這種波動。表面波的速度也不慢，每秒有3000多米。

因此，一處發(fā)生了地震，在它周圍的地區(qū)很快就會感到：愈是靠近地震發(fā)源地的地方，感到的震動愈強，反之，愈遠愈弱；地震的程度愈劇烈，所能影響的范圍也愈大。

單憑人的感官來察覺地震波的傳播是很不夠的，當(dāng)震動變得很微弱以后，人就不能發(fā)現(xiàn)了，這時用儀器才能測出。張衡在公元132年發(fā)明制作了世界上第一臺地震儀，因此他能在一般人不能察覺的情況下得知什么方向發(fā)生了地震。

近代的地震儀不僅能查知震動的存在和來自何方，還能查出震動的強烈程度以及傳播速度的變化。

有了這些資料，我們就能準(zhǔn)確地找出地震發(fā)源地的所在。

地震的發(fā)源地通常是地殼發(fā)生斷裂、塌陷或是有火山噴發(fā)的地方。

人為的原因也可以引起大地的震動，火車駛過時，附近尚感到震動，核武器爆炸當(dāng)然更要引起震動了。因此，研究地震波傳播的規(guī)律對國防有重要的意義。

地震波的研究還廣泛應(yīng)用于找礦以及其他需要了解地下情況的地方，因為地震波像光波一樣在從一種物質(zhì)進入另一種物質(zhì)時會發(fā)生折射或反射。我們用爆炸人工制造地震，使地震波向地下傳播，這時地震波就會有因地下巖石或礦體性質(zhì)的不同而發(fā)生折射或反射的，遇到地下有裂縫、空洞等時也會改變前進的方向。我們將折射和反射上來的地震波用儀器接收下來，研究它在地下旅程中速度的變化和在多深的地方發(fā)生了折射和反射，就可以查明地下許多情況，幫助我們找到礦藏和提供其他方面所需要的資料。

地震波像探照燈一樣，給我們照亮了地下的世界，使我們得到了來自地下的許多重要的情報。地球在怎樣變

地質(zhì)學(xué)是研究地球的科學(xué)。地球上需要研究的問題很多，但其中心問題是地球在如何發(fā)展變化。