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气象与气候 虽然人们都认为空气的存在是理所当然的，但是地球表面上的大气是地球最珍贵的宝物。它是46亿年前地球形成后不久就产生的。大约30亿年前，植物开始进行光合作用，放出大量的氧，改变了初始的大气。 久而久之，大气发展成为一个复杂的结构体，分为数层，上达1000公里高空。天气变化在最低的对流层发生。在对流层里，高度越低，气压和温度越低。在平流层（同温层）里，温度随高度增加而增加，离地面大约25公里处，一层薄薄的臭氧吸收了一部分太阳发出的有害紫外线，保护下方的生物。然后是中间层及其上方的热层，两层之间尚有电离层，充满能反射地球表面发出的电波的离子化气体，是无线电通讯能够进行。离地5001000公里的空域是散逸层。再往上是磁层，它深受地球磁场的影响，但是这一层没有大气。 就像它一度由于植物的出现而改变一样，大气现在也受到人类生活影响而发生变化。汽车和工厂，甚至喷雾罐喷出的化学剂造成的污染，危害了气体微妙的平衡。人类一开始认识到大气不但宝贵，而且脆弱。大气如何形成 现在的地球大气是由气体混合而成的78%的氮，21%的氧，另有少量如二氧化碳之类的气体。地球最初形成是没有氧，它的气体是太阳系初期所含的气体。地球是由太阳星云的尘埃、气体所形成的小岩石体“微星”（星子）相撞而逐渐形成的。在成长期，困在微星里的气体逸出，包围了地球。渐渐地，最早期的植物开始放出氧，初始的大气就演变成今日的厚空气层。图大约30亿年前，厚垫似的原始藻类释放出氧到大气里。它们成为化石保存至今，叫做“垫藻岩”。大气的诞生图46亿年前，流星像雨一般落在新生的地球上。困在地球内的太阳星云气体因为流星撞击而被释放出来，形成氮、二氧化碳及水汽组成的原始地球大气。初始大气的浓云将初生地球的热困住。二氧化碳和水汽之类“温室气体”阻止了热往太空发散，地球的表面因而熔化成一片火热的岩浆海。流星的撞击越来越少，地球开始冷却，海洋便诞生了。浓云里的水汽凝结，长时期下不停的连绵大雨逐渐注满了低洼地方，产生了最初时期的海洋。水汽凝结成海洋，空气开始变得清澈。久而久之，二氧化碳溶解在海洋里，大气以氮为主。因为没有氧来形成保护性的臭氧层，太阳的紫外线便毫无阻挡的射到地面上。在最初10亿年内，原始海洋中有生物出现。简单的蓝藻得到海水保护，不受紫外射线侵害。藻类用日光和二氧化碳产生能量，将氧当做废料排出。氧慢慢开始在大气中集结。再经过10亿年，富含氧的大气出现，高层大气中的光化反应制造出一层薄薄的臭氧，臭氧滤掉了有害的紫外射线。生物可以离开海洋登陆，演化作用是它们演变成许多种复杂的有机体。地球的气候如何变化？ 科学家通过研究化石之类的地质线索，已把地球46亿年历史上离现在最近的6亿年的气候记录整理出来。在这段时期内，地球的平均气温有周期性的升降，产生了温暖的间冰期（解冻期）和酷寒的冰期。今天地球的平均温度比它的历史平均温度低，正好提醒我们地球是在大约2万年前才脱离最近一次冰期。有些科学家认为可能是地球自转轴的倾斜有些微的变化而造成温度升降的。 不论是什么原因，气候变化对形成气球上的生命的确曾发挥过重要作用。例如，在过去的冰期内，大量的海水冻结，海平面降低，露出大陆与大陆间的陆桥，让许多动物得以散步全世界。人类学家相信，北美洲的第一批人类是在最近一次冰期内，越过当时仍在海平面上的白令海峡，从亚洲走过去的。图 古今气候一览图 大陆漂移地质学家相信在5亿年前，全球各大洲原是一个大地块。后来发生漂流分散，成为今日陆地和海洋分布的状况。图 古生代气候图中到所见的都是活在古生代的生物。这是从6亿年前一直到2.25亿年前的一个温暖时期。在南极洲发现的植物化石，显示南极冰冠在古生代某段时间里曾经融化。在古生代末期，地球的平均温度骤降，进入了二叠纪的冰河期。图 中生代气候在二叠纪冰河期之后，中生代的天气暖而干，促成了恐龙的出现。这些爬行动物在侏罗纪纵横一时，但到白垩纪它们便逐渐灭绝。中生代末期全世界温度的下降，极可能就是恐龙灭绝的原因。恐龙绝迹约6500万年后，人类才在第四纪出现。图 新生代气候中生代末期地球气温下降，带来了新生代冰河期。在这时期里，人与长毛的猛犸一类动物在地球上共存。而从这时候开始，地球也经历着连串广泛的冰川作用周期，每隔一段时间，便出现较温暖的间冰期。如何搜集气象资料可靠的天气预报必须以多方面不同来源的资料为根据。自古以来便有地面观测，如今不但由自动化感应装置来执行，而且也经人手在数以千计的观测站里进行。许多气象站并施放无线电探空仪及发射气象火箭来探测高层大气中的情况。专门的气象观测船和自动气象浮标站以及普通商船，都在海上提供有关气象的资料。国家气象机关把大部分这些观测记录收集起来，全球气象观测站也交换资料，作为最准确的长期天气预报和预测的根据。图 全球性气象网络由于地球上的整体气象状况对地区性的天气也有影响，要能作出准确的天气预测就得从世界各地取得气象资料。国际性的气象站通过特别的通讯网络，包括海底电缆和卫星联系，不停交换大量资料。图 在海上观测天气气象观测船记录和地面观测站相同种类的读数，他们也例行记录海洋温度和咸度。在海洋的重要地点放置的遥测气象浮标站，也发送有关气象和海水资料。图 气球和飞机能停留在空中多天的大气飘浮气球，可用以收集长期的气象变化趋势资料；飞机则可用来收集当前受关注的气象，例如风暴中心的资料。图 无线电探空仪及火箭每天两次放到空中的无线电探空仪，可探测并记录高达30公里内的气象情况；气象火箭每星期发射一次，探测