地球的外衣——大气
大气是包围地球的空气总体。它是地球上一切生命赖以生存的重要物质条件之一。大气不仅随地球的转动而运动，而且相对于地壳，又有自身复杂的运动。
大气是以氧、氮为主的多成分混合气体，地表附近密度最大。接近地表的干燥空气，标准状况下每升重1．293克。大气的密度和气压均随高度的增加而减小。大气总质量约5．3×10（上标18）千克，约占地球总质量的百万分之一。大气总质量的99．9％集中在48千米以下，约在距地表一个地球半径以外的高空，逐渐向星际空间过渡。
由于地球表面的性质不同（如海、陆、植被等），大气的成分、物理性质和运动状态都存在着地区性的差异。
大气不仅提供人类赖以生存的氧气，而且还是地球上生命的保护层。所以可以毫不夸张地说，如果没有大气，地球上也就没有人类及其他各种生物了。大气是人类生活必不可少的。有关的生理学实验表明，人体能够10天不吃食物、5天不喝水仍然存活。但是，人体能忍受缺乏大气的时间却仅仅只有5分钟。超过这个时间，人类生命就存在危险。
地球大气是经历了一系列复杂的演化过程，才形成了现在这种大气组成、层次结构和物理属性的．人们对大气演化的认识至今并不完全。人们只知道大气的发展演化一直没有停止过，大气有着比大海更深、更广的空间。
大气圈分为五层
我们抬头仰望，那湛蓝的天穹就是紧紧裹着地球的大气圈。科学研究的结果表明，大气圈是地球最外面的一个圈层。
大气圈以地面或海面为下界，却没有明确的上界，这是因为空气随着高度的增高而变得愈来愈稀薄。整个大气圈的厚度约为2000千米～3000千米，它的质量大约是6000万吨。
大气的组成非常复杂，气象工作者们根据空气密度与高度的关系，通常把它划分为五层：对流层、平流层、中间层、热成层（也称作热层）和外大气层（也称作外层）。
对流层位于大气的最下一层，空气在这里经常发生垂直方向的对流，较热的空气向上升，而较冷的空气往下降。对流层的厚度大约为8千米～18千米，它的高度变化与纬度存在密切的联系，一般是热带地区对流层较厚而寒带地区较薄。在对流层中，每升高1千米，气温降低6．5℃左右，所以在对流层的顶部，它的温度接近或低于0℃。由于大气中的水汽几乎全部集中在对流层中，因此，我们常见到的刮风下雨现象都发生在对流层内。
平流层位于对流层的上面，一直延伸到离地面50千米～60千米的高空。空气在这一层里主要沿水平方向移动，移动时可达到很快的速度，平流层的名称就由此而来。
平流层之上是中间层，中间层之上便是热成层，热成层的特点是温度极高，约在900℃～1200℃。热成层的上方即是外大气层。
人类生活在大气层的最底层，也就是对流层。它的厚度随纬度的变化而变化，比如说中高纬度地区，我国多数地区都在中高纬度，对流层的厚度在10千米～12千米，低纬度地区比如说广州、海南等地，对流层的厚度在17千米～18千米。对流层集中了人类需要的空气的大部分成分，大气质量的80％以上几乎全部的水汽都在这一层。其主要成分有氮（含量约为78％）、氧（含量接近21％）、氩气（接近1％）、二氧化碳（占0．003％），还有一些容积极其微小的次要成分。比如水汽、一氧化碳、二氧化硫、臭氧等。此外还有颗粒物，比如尘土、尘埃、盐粒、水滴、冰晶等。
地球的“工艺师”——气候
我们人类赖以生存的只有一个星球，那就是地球。地球上丰富多彩的生物和人类高度的文明，使它成为当代人类所知道的最美丽的星球。当问到美丽的地球是谁塑造的？科学会告诉我们，这个最伟大的“工艺师”是气候。
地球气候一个最突出的特点是适于生物与人类生长。地球的气候在大多数地区都有一个0℃～40℃的生长季节。在这一温度范围内，水成液态，并作为最好的媒介携带大量养分进入生物体各器官组织，又把它们的无用废物带出体外。这种完善的新陈代谢活动，只有在地球气候条件下才能进行。只要看一看太阳系的其他行星的高达数百度的高温和低到零下百多度的低温，我们不能不叹服地球得天独厚的气候。
气候是塑造地球的优秀“工艺师”。它不仅给生物界和人类准备了适宜生存与发展的气候条件，而且还制造了肥沃的土壤。土壤是由两个循环过程形成的。一个是地质大循环，另一个是生物小循环。可以说前一过程是造成坯胎，后一过程是精细加工。两个循环中，气候都起着“工艺师”的作用。
地球的陆地原来主要是由地下岩浆喷流到地面后冷却的岩石组成。岩石有两个特点：一个特点在于它由各种膨胀系数不同的矿物质所组成；另一特点是岩石为热的不良导体。利用岩石部分的不同物质和距表层深浅不同，受热和冷却时热胀冷缩的程度有别，使岩石裂开，以致形成碎粒，在这方面作用最大的是温度的变化。在干燥热带沙漠地表昼夜温差可达40℃～60℃，高山与高原裸露的岩石昼夜温差也可达40℃以上。当你在干旱地区过夜，在夜深人静与气温下降的时候就可以听到岩石的爆裂，这种作用叫作风化。岩石经风化后，封闭在其内部的各种养料元素便释放出来，成为土壤中养分及海水中各种盐类的来源。
温度的巨大年变化也是气候导致岩石碎裂的一个重要加工因素。如果水进入了岩石裂缝，作用将更为剧烈。高温可使水膨胀，甚至汽化。低温下石缝中的水分结成了冰，随着温度下降而体积不断胀大。石缝中进了水正像劈柴时在裂缝中加进楔子一样，将岩石裂开就更为容易了。
因此，地质大循环基本上是物理过程，也只是粗加工。只有经过生物小循环，进行了精加工，“精品”（肥沃的土壤）最后才会被造出来。
生物小循环是生物现象在适宜的条件下出现于地球表面后才逐渐发展起来的，其中植物的生长起了十分重要的作用。植物的根系吸收岩石中释放出来的可溶性养料，又借光合作用吸收二氧化碳，形成有机质。动物以植物的有机质作为食料。动物和植物在其新陈代谢过程中和死后受到微生物的分解，把大量有机质留在土壤内，使土壤的成分和结构都发生重大变化，最后形成肥沃的土壤。
因此，地球上丰富多彩的生物世界，包括它赖以生长的土壤在内，都是气候在亿万年中逐渐精雕细琢而成的。此外，气候还为地球塑造出多层次的绚丽风光，美不胜收。
高纬度地区的冰雪，石灰岩区的溶洞，风蚀所造成的雅丹地形，以及天上的云彩、雷电等构成了地球的天然胜景。
各种植物和动物因气候各异，形成各具特色的生物世界。树林、草原与荒漠，使美丽的地球更显得生机勃勃，增添了无限的生气。
人类文化的发展，增加了大量文化遗迹、精美建筑，使地球各地的自然风光有了人文风光衬托。应当看到，人类文化的发展也同气候密切相关。在优良的气候条件下产生了人类，人类为适应气候而进行生产与建设。因此，所有的人类建设，如爱斯基摩人的雪屋、西双版纳的竹楼、成都平原的都江堰等，都反映了当地气候的特色，这是“工艺师”借助于人类的手，扩大它对地球的加工。
还应提到的是，人类虽美化了地球，却也在破坏着地球。人类无限地利用土地，破坏了丰富多彩的生物世界；人类将大量烟雾排入大气，污染明亮的天空。这些严重的破坏，都是在人类尚未认识到地球气候的珍贵和不了解它的重要作用的情况下发生的。现在人类已经开始认识这一问题的严重性，气候已成为全球关心的一个科学问题、社会问题。
气候与人体健康
气候与生命有着极其密切的关系。地球上能产生如此丰富多彩的生物世界，这与地球上优良的气候条件是分不开的。至今为止，天文界还没有发现其他的有生命的天体，地球这样优良的气候条件在宇宙中是极为罕见的。
地球气候的优越性首先表现为温度适宜，水汽充足。地球表层附近的温度一般在土40℃之间。地球上的水多为液态，是最好的溶剂，也是生命活动最好的载体。温度在0℃以下时，生物还有适应这种寒冷活动的保护措施，以维持体内的生命活动。
人是最高级的生物，对气候的要求更严格，虽然人类有强大的生产力，能生产各种装备以适应各种气候。但是这种能力毕竟是有限的。因此，人类的生、老、病、死在一定范围内是受到气候条件约束的。
温度是主要的气候要素之一，对人类的繁衍生息起到重要作用。人类靠饮食的营养进行新陈代谢，同时也供给人体热量。人属于恒温动物，其体内温度或直肠温度为37℃，皮肤温度为33℃，这有利于把新陈代谢多余的热量排放到外界。科学家研究发现，人体是通过辐射、热量对流、汗液蒸发及呼吸4种途径排出热量的。当环境温度为10℃、相对湿度为50％时，人体失去的热量中有42％是通过辐射过程，26％通过对流热量交换，汗液蒸发占18％。呼吸过程中人体呼出潮湿温暖的空气，其中既有热量，也有水汽蒸发热。
人体所需热量决定于人的劳动强度与外界温度两个因素。人们研究了人体在各种气候条件下产生的热量。例如，在一30℃条件下，每个人每天需产生2．1万焦热量，而在30℃时，只需1．3万焦热量。但外界很冷或很热的条件都会使人体与外界的热交换处于不正常状态，轻者可引起活动力下降或局部肌体损伤，重者则会危及生命。
氧气是人体新陈代谢不可缺少的气体。氧气在大气中占21％，在海平面气压约1000百帕，氧的分压约210百帕。但随着高度上升，气压下降，氧的分压也随之下降。一般人可以适应氧分压减少20％的情况，即海拔2000米高度。再升高人就会出现高山病，表现为呼吸加速，因呼出气体中有大量的二氧化碳，导致血液失碳，发生成分变化。同时还会发现头痛、疲倦，甚至恶心的感觉。6000米以上高度，大脑严重缺氧，甚至会失去知觉。只有经过良好锻炼体质又好的登山运动员在这种条件下具有活动能力。
空气湿度对人体也有重要影响。因为空气湿度的大小，直接影响人体各种生理机能。研究表明，当人体失去体重2％的水分时，生理机能就开始受到影响，感觉十分干渴。失去体重5％的水分时，体温与脉搏都会上升。失水达体重的7％以上时，血液变得浓稠，影响循环，以致引起死亡。
以上讲的是身体对气象条件的反应。气象条件直接影响到生理机能的正常运行与异常情况，超出一定气候条件，生命就会终止。对于病人来说，疾病同气候的关系更密切。例如，猩红热在空气干燥、气压稍高时，发病率随温度的上升而增加，因此，在气压较低、湿度较大的夏季与温度低的冬季发病率都低。流行性脑膜炎则在干、热和低气压时发病率高，其他天气条件下较少。各种传染病的高发期都是天气条件最有利于其细菌与病毒繁殖的时期。功能性的疾病大都与身体适应气候的能力有关，因而也具有明显的季节性。如心脏病多发生在11月至次年4月，肺炎、支气管炎则多发病于冬季。温度有10℃以上的急剧变化时，心肌梗塞的发病率显著增加。冬季易发脑出血，尤其是温度最低时更易发病。脑梗塞多发病于六七月的高温阴雨季节。
据有关专家对史料进行分析后得出，公元48年到1949年的1901年间，重大气象灾害都可引发瘟疫流行，造成大量死亡。从有据可查的90例事件看，旱灾致疫的有41例，占45％；大水致疫有17例，占19％；大雨致疫6例，占7％；大寒致疫11例，占12％；其余占17％。这是由于大灾后卫生条件下降，有利于细菌滋生，再加上，人体体质减弱，饮食与医疗条件均受到一定程度的破坏所致。
人的生、老、病、死与气候的关系不但十分密切，而且极为复杂。现在已出现了专门的学科系统研究气候与人的生理、心理的关系，以便指导人类利用气候条件进行保健和治疗。
人类活动对气候的影响
从有人类活动以来，人类就开始影响气候。随着人类社会经济的发展，人类影响气候的规模和深度也不断发展。
在人类历史初期，人类还完全是气候的奴隶，人类活动完全受气候条件的限制，只能生活在温暖湿润的热带森林中。大约在进入石器时代之前，人类还处在自生自灭状态。进入石器时代以后，人类掌握了火，才慢慢增强对气候的适应能力。这个痛苦的过程，至少经历了100多万年。
以后，人类开始对周围的气候实行局部地有限地改造，衣着和房屋就是一个标志。再往后，人们在农业和其他生产活动中，也开始局部地改变着气候。随着科学技术的飞速发展，人们不但能在各种不同的自然气候条件下采取措施，取得人类适应的气候，而且能够在规模越来越大的局部范围内改造气候。人工控制天气的技术也在不断发展。随着人们认识水平的提高和技术能力的增长，人类主动规划环境，改造气候，把气候环境引向有利于人类的方向发展，已构成现代科学的一个重要特点。
运用衣着、房屋改造气候，是人类为了适应气候条件而建立适合自己生存与生活环境的一种技术行为。共同的特点是在大气候的背景条件下，建立起一种适合人类生存与生活的人工小气候环境，从而达到保温、御寒、防风的目的。不同点在于衣着是包装人体的气候壳，能够随着人体移动，能够随着天气气候变化增减衣服的厚度和层次，能够随着经济水平的差异使用不同的衣着材料，从而控制并调节小气候；房屋则不能移动，不能随意增减厚度和层次，不能随意变更建筑材料。房屋是固定的，只能依靠门窗局部调节，材料的选用、建筑结构和形式的设计、平面布局的安排，都是为了适应气候环境的一种优化选择。
改变地球表面形态，如植树造林、灌溉农田、干化沼泽、建造水库，也能够改变局部气候环境。例如，植树造林可以挡风挡沙，保持土壤水分，改变空气温度和湿度。
从消极方面看，人类为了取得自身的利益，盲目垦荒、刀耕火种、破坏森林，造成水土流失，使气候恶化。因为森林是地球表面的重要保护层，它对地面水分和热量的保存、交换都有很大作用。据估计，500万亩森林的蓄水量相当于1亿立方米的水库。在干旱地区的护田林带，能使空气相对湿度提高10％～15％，能使土壤含水量增加22毫米～27毫米。这就是人们保护森林的意义。
人类活动的盲目性还表现在工业污染物的增加。工业发展的一个结果，就是废物、废水、废气和余热的大量排放，使土壤、水体和大气遭到严重污染。在极大程度上改变了大气成分、大气混浊度和热性质，从而导致气温和降水量等气候要素发生变化。
