《我们脆弱的星球丛书》共8册，以气候变化的原因和效应为中心，论述人类活动对大气圈、地图、水固、生物圈、自然环境、气候、海洋和两极地区所产生的冲击。丛书的核心理念是：所有人都需要以科学知识作为坚实后盾，改变我们人类的不当行为，解决我们人类给这个脆弱星球带来的各种问题。

《大气圈(被污染的地球面纱)》(作者达娜·德索尼)是该系列中的一册，介绍了大气的作用、历史演变及其功能，关注了各种正常和极端的天气现象及其形成原因，详细描述了对环境和人类健康造成恶劣影响的空气污染物。

大气圈是各种天气现象发生的场所。随着人口的增加和经济的快速发展，越来越多的废弃物排入大气，破坏了臭氧层。全球变暖导致海平面上升，极端天气增多，冰川融化，危害了地球生命和全球生态系统。《大气圈(被污染的地球面纱)》介绍了大气的作用、历史演变及其功能，关注了各种正常和极端的天气现象及其形成原因，详细描述了对环境和人类健康造成恶劣影响的空气污染物。最后，还着重解释了人类活动对大气造成的局部和全球性影响，呼吁人类从自身做起，保护环境。

《大气圈(被污染的地球面纱)》的作者是达娜·德索尼。

中文版导读

序言

致谢

绪论

第一部分 大气的贡献

 第1章 大气中的气体及其作用

 第2章 大气的过去和现在

 第3章 大气的运动

 第4章 影响区域气候的其他因素

第二部分 大气的行为：天气

 第5章 天气是什么

 第6章 极端天气

第三部分 人类对大气的局部影响

 第7章 空气污染物和空气污染

 第8章 空气污染和环境

 第9章 空气污染和人类健康

 第10章 酸雨

 第11章 空气污染控制

 第12章 城市上方的空气

第四部分 人类对大气的全球影响

 第13章 平流层臭氧亏损

 第14章 气候变化

结论

延伸阅读

译后记

所有这些来自地球内部和外部的气体形成了地球早期的大气。水蒸气冷凝形成了云，通过降水在荒芜的地表逐渐形成了河流、湖泊和海洋。尽管早期的海洋会吸收二氧化碳，但当时大气中的二氧化碳浓度仍然是现今的许多倍。因此，早期的温室效应要比现在强得多。但由于当时的太阳发光、发热没有现在强，所以当时的地球并不比现在热。在早期的地球环境条件下，地表水能稳定地以液态形式存在，这正是生命起源的必要条件。

与现今一样，氮气是当时大气中含量最高的气体组分，而作为现今第二大气体组分的氧气在当时的大气中属于稀有气体。原因在于当时的地球上还没有植物，因此也没有光合作用，而光合作用几乎是我们这个星球上氧气的唯一来源。没有氧也就不会有起保护作用的臭氧层，因此除了一些非常简单的单细胞生物外，地球上没有进化出更高级的生物。一旦单细胞的植物得以进化并在地球表面繁殖扩张后，它们便为大气提供了氧。

此后的数亿年问，氧气被许多等待着与氧结合的元素和化合物所吸收，这类过程称为氧化。例如，在有氧的情况下，铁很容易被氧化而成为铁锈。当裸露的矿物全部被氧化后，大气中才有了氧气，从此以后，动物的出现才成为可能。大约在10亿-5．43亿年前，当多细胞植物出现后，大气中的氧气含量开始迅速增加。大约在4．5亿年前，地球大气中氧气的含量上升到与现今相当的水平，约占21％。

随着复杂生命形式数量的激增，大气的组分变得相对稳定了。氮、氧和大多数其他气体的含量在随后的数亿年间基本保持不变。而大气中二氧化碳的含量则不断发生着变化，其数量取决于来自火山喷发的输人及海洋和植物相对于大气的输入与输出情况。此外，大气中水汽的含量也处于变化之中，这主要与当地的环境状况有关。

地球上的大气和生物之间是一种协同共生的关系。动植物生活在这样一个与自己互惠互利的大气圈中并不是偶然事件。生物通过进化来适应能提供生存条件的环境。生物进化的过程中非常重要的一点就是不断地去适应所处的环境。但同样重要的是，大气中的各个组分也被生活于其间的生物不断地调整。通过光合作用和呼吸作用的交织循环，数亿年来，植物和动物使大气中的氧气和二氧化碳含量保持在一个适宜的水平。植物和动物并不只是适应环境，还发挥着创造适宜环境的功用。

现代人类社会不断地向大气中排放cO：和其他温室气体，这已经干扰了大气中各种气体问长期以来的平衡。那些自然环境中从未出现过的化学物质，如氟氯烃(CFCs)，已进人大气。臭氧在大气层底部的增加造成了烟雾的危害；而臭氧在大气层上部因耗竭而减少，从而增加了地球受到Uv辐射的伤害。

如果地球未能形成大气层，我们的地球就只能是一处寒冷、黑暗和寂静之地。对声音的传播而言，空气必不可少。也许科幻电视剧和电影的观众对此会感到震惊，在外太空中发生的爆炸可以看到但却无法听到！因为真空中无法听到声音。声音的传播必须要有媒质，即能够前后移动的物质，如空气、大地或水。当声音通过媒质传播时，媒质将被压缩然后在声波通过后反弹恢复原态，之后，声音再继续压缩临近区域的媒质——声音就是以这样的方式进行传播的。声音在大气中的传播速度取决于其所依赖的空气的密度。声音在潮湿空气中的传播速度要高于在干燥空气中的速度，而在水中的传播速度则要比在空气中的传播速度快。

一个没有空气的世界就无法飞行。像声音一样，鸟类、昆虫和飞机也必须通过媒质才能飞行。它们能够飞翔的原因是，在它们翅膀上方空气的压力要小于翅膀下方空气的压力。这两个压力的差值就是升力。升力近乎垂直地作用在翅膀的表面从而确保飞行物不坠落。通过扇动翅膀，鸟儿可以向前飞行和增加飞行速度。如果没有空气的支撑和反作用，也就不会有动物或人造飞行器的飞行了。  空气由气体分子构成，能自由移动。与所有物质一样，空气分子也受到地球引力的作用。地球引力就是一种能将所有物体拽向地心的作用力。海拔高度(海平面以上高度)越低重力越大，所以位于海平面处的空气分子被压缩得最紧。空气同样也会因其上方空气的重量而被压缩。从大气层顶部开始的空气柱若施加到位于海平面处人体的肩膀上，其压力将超过1吨。但是人和动物并没有被压垮，原因在于我们体内的无数分子具有向外的推力，且这种推力与压力达到平衡。单位面积上空气的重力被称为大气压强，或大气压。

由于重力的减小和上部空气重量的减小，大气压随着海拔高度的增加而减小。因此，空气的密度在地表处最大并随着高度的升高而减小。高度每增加6000米，上部空气的重量就会减少一半，所以海拔5500米处的大气压仅为海平面处的一半。当人们乘飞机上下颠簸或驾车在山区行驶时，耳膜会有鼓胀的感觉，这其实就是耳朵对大气压发生变化的反应。这种状况源于人耳膜内的空气分子仍保持先前海拔高度上的密度，从而造成耳膜两侧压力的不平衡。这种不平衡要等到耳膜内的气体与新海拔高度处的气体压力重新达到平衡时才会结束。

近地表处空气分子的相对密集程度限制了每个分子的移动。在海平面处，一个气体分子在与另一个分子碰撞前所能移动的平均距离小于百万分之一厘米。分子间的每次碰撞都会释放热量，所以，近海平面处的空气相对而言比较温暖。在高海拔地区，气体分子的分布没有那么密集，碰撞的概率相对较小，因而此处的空气相对较冷。P13-15

地球，是人类赖以生存的唯一家园；土地，是人类繁衍生息的立足之本。在过去漫长的岁月中，人类一代又一代播种希望、收获成果、创造奇迹，几乎是在不受任何限制的情况下，慢慢地发展壮大起来。于是，人类不自觉地认为，人类拥有的非凡创造力和勇往直前的精神，是财富创造的永不枯竭的源泉；自然资源及环境，是财富生成的永不沉陷的基石。人类无视脚下这片有限而娇弱的土地，大肆挥霍着自然赐予我们的一切。终于，人类疾步前行的步伐，给大自然埋下了处处祸根。

位处两河流域的古代巴比伦王国，是世界四大文明古国之一。公元前，这里林木葱郁、沃野千里，“空中花园”更是盛名在外，被誉为世界七大奇迹之一。但在2000年前，漫漫黄沙将巴比伦王国整个淹没，“空中花园”从地球上永远地消失了。恒河与印度河流域亦是人类文明的发祥地之一，4000年前，这里气候湿润、农业发达，然而人类对资源的过度掠夺带来了生态的严重恶化，昔日的广袤沃野变成不毛之地，形成了今日面积达65万平方千米的塔尔大沙漠。中国古代的黄河流域曾经也是林木茂盛、富裕繁荣的地区，商朝时的森林覆盖率达55％以上。而如今，孕育了辉煌灿烂的中华文明的黄土高原却是满目疮痍、荒凉无比，成为中国最贫困的地区之一。

如今，全人类正面临着一场因空前的环境退化所引起的深刻危机——环境危机，而始作俑者就是人类自己！臭氧层的破坏使到达地球表面的太阳紫外线辐射增多，皮肤癌和白内障患者的数量呈几何级数增长。温室效应引起全球气候变暖，海平面升高。酸雨横行导致陆地生态和水域生态平衡遭受严重破坏。淡水的严重枯竭和污染使人类面临日益严重的水荒，全世界每年有数十万计的人由于饮用被污染的水而致病死亡，12亿人缺少安全饮用水，18亿人口的生活环境中缺少生活污水排放与处理装置。地球物种的不断灭绝，正在使地球的生物多样性和全球生态系统受到最为严重的损害。如果照此发展，那么再过几十年时间，在世界上相当多的国家和地区，淡水、海鱼的可靠供应和肥沃的土壤将不复存在。而森林的消失以及土地的荒漠化、水土的不断流失等人为以及自然的灾害，不但给人类社会和世界经济的发展带来空前损失，而且直接威胁到了地球生命的延续。

中国的现状也是空前严峻。中国是世界上野生物种最丰富的国家之一，但是有资料表明：中国的动植物物种已有20％受到严重威胁，高于世界10％的水平；在国际公认的640个濒危野生动物中，中国占有156个。今天的中国人正在逐渐失去接触和了解野生动物的机会。

人类的文明之舟自古就依水而行。水是我们这个蓝色星球上生命的摇篮和象征。然而，曾几何时，当我们行走在华夏大地上，我们已很难找到一条不受污染的河流。一份报告表明，全国500多条主要河流中，有400多条已受到不同程度的污染。

由于过度放牧、乱砍滥伐、陡坡垦耕等不合理开发利用，我国的土地沙漠化问题更是令人触目惊心。近20年来，我国土地沙化面积正平均以每年2460平方千米的速度继续扩展，相当于每年损失一个中等县的区域面积！如果按照《联合国防治荒漠化公约》所确立的定义，我国荒漠化的土地面积高达280多万平方千米，占我国国土面积的近1／3。在华北、东北、西北的“三北”地区，有80％的土地正在发生着不同程度的荒漠化。

……

我们只有一个地球！

爱惜环境就是爱惜人类自己，保护环境就是保护人类自己！

在“我们脆弱的星球”丛书中，作者达娜·德索尼博士根据人类对地球产生重要影响的领域，将地球环境进行了细分，在《大气圈》、《气候》、《水圈》、《海洋》、《生物圈》、《地圈》、《极地》和《人与自然》8个分册中，详述了人类活动对地球产生的影响，并探寻人类可持续发展的途径。丛书展示了地球环境的全面退化，对人类的行为进行了反思，并从科学的角度提示人类对待自然界应持有怎样的态度。

尤其值得一提的是，在这套丛书中，作者不仅仅描述地球受到的破坏和人类环境的恶化状况，她还传递了这样一种思想：科学知识是人类可持续发展的坚固基石。要减轻人类活动对地球的负面影响，我们就必须认识自然界的科学规律；无论是个人还是国家，都需要以科学知识作为后盾来改变人类的不当行为，解决人类给这个脆弱星球带来的各种问题。

让我们立即行动起来，拯救地球，为时不晚！

同济大学环境科学与工程学院

院长、博士生导师

周琪

2011.11

地球是人类共同的家园，而空气又是人类生命存在的最基本条件之一。被污染的空气除了会对人体造成伤害外，还会破坏生态系统，影响全球气候等。《大气圈——被污染的地球面纱》是“我们脆弱的星球”丛书中的一本，在本书中，作者深入浅出地介绍了大气的作用、历史演变和现状组成，以及与大气运动有关的各种气候和气象方面的基础知识。同时，本书还解释了人类活动对大气造成的局部和全球性影响，及其对我们这个本就脆弱的星球所带来的危害。本书的翻译和出版将对普及地球大气圈知识、提高国民环境保护意识、开拓青少年视野、激发学生科学探索兴趣产生积极而重要的影响。

本书的翻译工作主要由羌宁完成，其他参与编核、校阅的人员有王红玉、羌瑞等。尽管译者努力使译文表达准确、文字生动活泼，但仍可能存在疏漏、生硬之处，敬请广大读者斧正。

译者

2009年9月