說到大氣，你肯定不陌生，就是包圍著地球的空氣嗎？如果你只知道這些的話，那這本書可能會帶你認識一個完全不一樣的大氣了。本書介紹的大氣，可以用驚心動魄來形容。一九六零年，美國空軍上尉約瑟夫基辛格做過一個實驗，他帶著裝備從三萬多米的高空一躍而下，在下落的十五分鐘的時間裡，吉天格經歷了各種各樣的大氣環境，沸騰的電閃雷鳴的，要燒焦的冰凍的，你會不會覺得很奇怪。天空如此激烈兇險，為什麼在地面的我們卻感覺不到呢。本書作者就被基廷格的實驗深深吸引，於是有了創作本書的想法。作者開始琢磨一般人有沒有辦法。像基辛格那樣，一層一層的。去感受大氣呢。於是，作者設計了這麼一趟旅程，由他來充當導遊帶我們沿著地表奔向太空，去了解大氣的構造，並且體會人類和大氣該如何互動。說起來，我們的導遊來頭可不小。本書作者加布裡埃爾布克是劍橋大學的化學博士，BBC節目的主持人，科學界最權威的自然雜誌，還請他做過特邀編輯。美國前副總統艾伯特戈爾就曾經評價說，顧客的作品是燈塔，讀過本書以後，你會發現，除了呼吸的空氣，大氣提供給我們的東西要比我們想象中更多。就像這本書的副標題-萬物的起源，在作者看來，大氣就是萬物的起源地。
下面就讓我們來仔細瞭解一下，無處不在的大氣。我會通過三個問題來為您解讀：
第一個問題是：為什麼說大氣是萬物的起源。
第二個問題是：人類是如何讓大氣為我們所用的。
第三個問題是：我們現在擔心的大氣問題。
比方說全球氣候變暖臭氧層空洞等等，是不是杞人憂天。
下面我先來說說第一個問題為什麼本書的副標題說，大氣是萬物的起源。在回答這個問題之前，我想像本書的作者一樣，先做個導遊，帶你逐層認識一下大氣，按照大氣跟我們的距離，可以把它分為三層，比我們最近的是對流層從我們身邊開始。往上十公里左右都是對流層，這個厚度大概是一個半珠穆朗瑪峰的高度，我們熟悉的氣候活動像颳風下雨都發生在這一層，可以說對流層跟我們的關係最密切。再往上的五十多公里是平流層，顧名思義，這裡的大氣是以水平運動為主，天氣晴好，平流層的上方，我們統稱為外層，在這裡大氣有性情驟變，有電光火石一般激烈的反應，我們都只能抬頭仰望並感嘆一句，我上方的空氣很不友善。
在這幾層大氣裡，底層的大氣也就是對流層，最容易跟萬物的起源掛鉤了。你可能馬上就會想到動物要呼吸氧氣才能生存，植物要呼吸，二氧化碳才能生長，的確沒有可供呼吸的大氣，就沒有生命。甚至可以說，是大氣決定了地球上的生物種類。打個比方，在地球剛誕生不久的時候，原始大氣裡面是沒有氧氣的，那個時候地球住民吸的是氫氣呼出的是甲烷。後來在距今二十五億年到三十五億年間，出現了一種藍綠藻，他們會利用大氣中的二氧化碳，通過光合作用進行呼吸這就很接近現在的植物了。藍綠藻慢慢改變著大氣中的成分，氧氣越來越多到了二十二億年前，空氣裡面的氧氣終於充足，呼吸氧氣的高級生物就登場了。他說，我們的祖先高級可不是自誇。呼吸氧氣的能量轉化效率比氫氣要高很多。
不過呢，對於指呼吸氫氣的地球早期住民來講，這簡直是一場重大的空氣汙染。那些沒被毒死的早期住民只能夠躲進沼澤裡面水田裡，或者積聚在動物的腸胃裡。不引人注目的生存，除了給生物提供呼吸的氣體，底層大氣還替我們調節了地球的溫度，萬物才能存活。為什麼這麼說呢，數學家傅里葉曾經為一個計算地球的熱量來自太陽照射的熱能，但是地球也會把很多能量輻射到太空理論上，把這兩個能量相減，能夠算出地球的大概溫度。
可矛盾呢，是這麼算下來，地球應該是一顆冰凍星球，是什麼東西替我們捕獲了額外的熱量呢？傅里葉當時猜想，這種物質就存在於大氣中。一八五九年，物理學家丁鐸爾繼承了富鋰業的研究模型，發燒友肯定會喜歡丁鐸爾的研究方法。他呢，搭了一片人工天空，下面是他的迷你大氣迷你大氣的成分，是空氣中含量最多的氮氣和氧氣，因為太陽的熱輻射主要是來自於紅外線。所以丁鐸爾用紅外線照射迷你大氣。他知道地球會向外輻射紅外線，如果能夠觀察到紅外線被攔截，就可以解釋額外的熱量從哪兒來了，是大氣，幫我們攔截下來了唄。可是結果實驗失敗了，那是不是說大氣就沒有用了呢？丁鐸爾突發奇想，修改了迷你大氣中的成分，加了一點點二氧化碳。丁鐸爾對這點改變沒抱很大希望，你要知道二氧化碳在大氣中只佔了差不多百分之零點零，實在太少了。但是沒想到就是這麼一點微不足道的二氧化碳吸收，大量的紅外線二氧化碳可以讓溫度升高，水蒸氣甲烷也可以。我們今天把他們統稱為溫室氣體，溫室氣體是紅外線的捕手，當他們攔截到地球輻射的紅外線，就把他們甩向四面八方，其中有一部分呢，又回到了地球，就足夠給地球保溫。於是坐著說大氣，就像一條覆蓋著地球的毯子，為地球的物種提供了適宜的溫度。
好了，說完了對流層，我們往上看看平流層。他為萬物起源做了什麼貢獻你肯定聽說過防曬霜廣告裡面說防護u v a u v b這指的都是紫外線，紫外線有多可怕的太陽光裡的紫外線會破壞人體的免疫系統，引發皮膚癌和白內障，對自然界的影響也很惡劣。他呢，會殺死藻類，遲早獵為生的魚蝦就難以生存，然後在殃及吃那些魚蝦的大魚，海洋的食物鏈就這麼被層層破壞。不過別慌。平流層當中有一層特殊的大氣，叫臭氧層，他將一把天然的遮陽傘一樣，替我們遮擋了紫外線。臭氧層是怎麼保護我們的呢。化學家查普曼告訴我們，臭氧就像一顆一顆小地雷，他有三個氧原子，比普通的氧氣多出一個原子紫外線碰到他的時候。臭氧小地雷就砰的一下爆開射出其中一顆氧原子，順便把紫外線炸飛。而最神奇的地方是，他也沒有一竿子把所有紫外線都打死順利到達地面的紫外線是其中能量比較低的部分，也就是波長比較長的紫外線。他們就像羽毛一樣不會觸發地雷。這部分紫外線對人體很有用，可以促進皮膚製造維生素，幫助我們預防骨科疾病。所以說，臭氧層的守衛工作很專業，如果沒有它對紫外線的過濾，誰還敢去曬日光浴。
那再往上只要說到外層大氣了，究竟是什麼讓勇敢的站在宇宙邊緣的基辛格都覺得很不友善的呢。恐怕是來自外層大氣的暴脾氣，說起來也可怕在那兒，大量的宇宙射線照相地球，包括我們說的x射線，雖然我們會照x光來檢查身體，或者過安檢的時候檢查行李，但都害怕他的輻射，不敢頻繁接觸。來自宇宙的x射線跟我們用到的x射線可不是一個數量級的照那個強度應該瞬間就可以把我們烤焦。
那我們為什麼感覺不到他呢？這是因為有外層大氣，x射線來了，天上的大氣層先遭到轟擊這層替我們擋子彈的大氣，就是外層大氣裡的電離層，x射線把電離層的原子擊碎了，分解出自由電子和政府離子電子會吸收x射線，讓他沒有辦法再來傷害我們就算來自宇宙的x熱線不斷轟擊，就算它的威力再大一點，我們也不怕。比如在二零零三年的時候，就發生過一次日冕爆炸，科學家不算那一次射出的，x射線相當於五千顆太陽的輻射。這什麼概念呢？把人類有史以來製造的所有原子彈放在一塊兒，同時引爆才跟他的威力差不多，但是有人感覺到了嗎？是外層大氣堅守崗位保護了我們。
對於地面的我們來說，暴脾氣的電離層恰恰是友善的。回顧我們剛才說的大氣，不僅提供了生物呼吸所需要的氣體，還能調節地球溫度，替我們阻擋有害的宇宙射線，讓地球環境適宜生存。說大計是萬物的起源，這是一點兒也不為過。
另外，人類還讓大氣為我們所用。早在人類對大氣的原理還一知半解的時候，一些幸運的人就已經利用其大氣了。這些利用為我們生活提供了許多便利，還拯救過許多生命，改寫了人類歷史。這就是我要說的第二個問題，人類是如何利用大氣的？
在這一部分內容裡，咱們還是按照高度來。分別跟您說說人們是怎麼利用對流層、平流層和外層大氣的。先從環繞著我們的對流層說起，其實我們每個人天生就會利用它，比方說嬰兒生下來就會吮吸母乳，這靠的就是大氣的幫忙。
那麼我們經常說的使出了吃奶的力氣，到底是多大的力氣呢，這得問問大器早在十七世紀，伽利略就發現大氣其實很重。按照他的計算，一個空蕩蕩的音樂廳裡，有三萬兩千公斤的大戲。伽利略沒有辦法解釋這個現象。如果大氣真的那麼沉甸甸的壓著我們，我們怎麼沒被壓扁呢。其實這是因為我們的身體習慣了。這種壓力就像龍蝦在海底漫步，卻感覺不到海水的重量是一樣的。而少數可能被壓扁的器官，因為內部也有大氣跟外部的壓力，正好抵消。只有在大氣壓的平衡被打破的時候，我們才能夠感受他的力量。比如我們說回嬰兒吃奶的例子，嬰兒吸走的是乳房周圍的空氣，然後其他的空氣就來施加壓力，順利把母乳擠到了嬰兒嘴裡。利用這個原理，科學家還發明瞭真空吸塵器。雖然我們感覺上吸塵器直接吸掉了灰塵，但其實分解動作是這樣的。吸塵機內部有一個高速運轉的抽風機，他會把吸塵器內部的空氣抽走，那吸塵器內部的氣壓就遠遠低於外部了。於是外部的大氣就湧入了吸塵器內部，把灰塵也一起裹了進去。
接下來我們要去征服平流層，在這裡讓我們受益最多的就是飛機了。在今天飛機已經是最安全的交通工具了。不過在上世紀三四十年代，飛機可一點兒也不安全。這種不安全，指的倒不是飛機制造的技術不達標，而是我們對大氣的脾氣不瞭解，有的人能夠完成環球飛行有的人卻在航行中莫名失蹤，還曾被懷疑是外星綁架事件。這是運氣問題嗎？在天空上到底發生了什麼？要回答這個問題，只有親身經歷過的人最有發言權。第一個完成環球飛行的人波斯特就是這麼一個人選，他曾經玩命的飛行，不斷提升飛行高度在那裡，他感受到了高空空氣氣流推己的力量還親眼看到過龍捲風一樣的氣流，其實這就是飛機失蹤的真相。波斯特看到的龍捲風，他發生在對流層和平流層之間，是環繞地球的一條高速氣流來勢洶洶，那些莫名失蹤的飛行員，就是因為碰到了他，你可能覺得我們肯定得避開它飛行的安全。這句話對了一半。現在的民用飛機通常會飛的更高，在平流層裡平穩飛行。可是，聰明的科學家不僅能夠監測到這股高速氣流，還能利用它的推力縮短航行時間。如果你坐過跨大西洋航班，或許你會發現，向東的航班要比向西的航班用時要短一個小時，這就是這股高速氣流的力量。
那說完了平流層，再來說說兇險莫測的外層，可不要以為外層跟我們沒有什麼關係？早在我們瞭解他之前，就已經用上他了。比方說書裡講的早期無線電的發明。一八九五年意大利發明家自學成才的諾貝爾物理學獎得主馬可尼設計出了無線電的雛形。他發現了一種特殊波長的電磁波，它可以不依靠電纜遠距離發送點化電碼也就是當時電報系統使用的摩斯密碼。後來這種特殊的電磁波，被科學家們認證是短波電磁波，這種短波的無線電通信成了現在幾乎所有遠距離無線電通信的基礎。雖然當時馬可尼發送的電馬傳到了山的另一頭，但是他並沒有弄明白為什麼無線電可以繞過障礙物。解答這個問題的是英國數學家亥維賽，他認為這種電磁波的確是射到了天空，但是天上有一個待定的大氣層，充當了鏡子的作用，可以把無線電反射回地面，這個帶電的大氣層過去就被稱作亥維賽層。還記得嗎，他就是我們剛才說的擋掉x射線的電離層，既然這種電磁波要到電離層上去走一趟，而不是直奔目的地，那麼不管地面上有什麼遮攔，都不會影響他的傳播。而且只要合理設計信號站的位置，他就可以傳播到世界上任何的地方，哪怕是大海上孤零零的船隻。也可以通過這種電磁波跟陸地，或者是別的船取得聯繫。這可不光是能夠發一個旅行見聞，遇到危險和意外的時候，他真的可以大顯神威。
作者就舉了一個我們耳熟能詳的例子。當年泰坦尼克號撞上冰山，多虧了船上配了這種電磁波的無線電，及時向附近的船隻發送了求救信號，這才救下了船上七百多人。可以說倖存者們都是受益者，上面說的就是人類對大氣的幾種利用，包括出於本能吸吮母乳做真空吸塵器，在海上和高空乘風遠行，靠無線電傳播信息科學家摸索出其中的原理，讓技術得到更廣泛的流傳，也造福了更多的人。可是我們也經常說，技術是一把雙刃劍，出於善意的發明，也可能帶來意想不到的後果。好比說，對環境的破壞。
這也就是我要說的第三個問題。我們現在擔心的大氣問題，像是全球氣候變暖，臭氧層空洞。是不是杞人憂天，這個問題可不像看上去這麼好回答，連科學家都為此爭論不休，因為造成這兩個問題的元兇，真的叫人又愛又恨他已經成為了現代生活的一部分。同時，許多人也對環境的自我修復能力抱有幻想。就算人類活動會對大氣造成影響，也應該是微不足道的。我們真的可以這麼樂觀嗎。拿全球氣候變暖來說，我們前面講到過，多虧了大氣中的二氧化碳，地球才沒有變成一顆冰凍星球。正是因為這樣理論化學家阿列紐斯對二氧化碳會有好感。他想計算一下大氣中的二氧化碳流失掉多少會觸發地球的兵器，也就是全球大降溫的時期。但同事替他收集的數據表明，這個研究沒有價值。因為大氣中的二氧化碳含量已經升高了，其中有一半是人類製造的阿列紐斯，因此改變了研究方向，提出了對全球變暖的擔憂。他認為不光是二氧化碳本身會升高，地球的溫度，溫度升高以後，還會讓海洋蒸發出更多水汽。
我們前面說了，水蒸氣也是一種溫室氣體會進一步暖化空氣。不過阿列紐斯說的全球變暖，只是推測很多人不相信到了。一九九九年，科學家才出現了實質的證據。在地球上最冷的地方，俄羅斯的南極洲基地科學家們提取到了遠古的空氣。那聽起來是不是有點兒不可思議。這其實跟在實驗室裡保存細胞有一點像都是在超低溫的。環境下急速冰凍，只不過冰凍，這些遠古空氣的是南極洲的自然氣候。具體來說是南極洲的雪花，在降落的時候捕獲了一部分的空氣。當這些雪花被後來的雪花掩埋以後會被擠壓轉化成冰，一粒粒的冰就像一個一個微縮的冷凍管裡面保存著細小的空氣氣泡。藉助現代科技手段，科學家們可以取出不同年代，保存下來的兵檢測空氣氣泡裡面的二氧化碳含量，然後再拿它跟過去四十萬年裡的氣溫記錄做比較，你可能猜到結果了。氣溫上升，二氧化碳含量也上升，氣溫下降，二氧化碳含量也下降。那有了四十萬年的樣本，這個結果就很有說服力了。人們不再懷疑大氣中二氧化碳的含量越多，全球的氣候就越暖和，但是這個來得有點晚。
在科學家爭論的這一百年裡，人類製造的二氧化碳要比大自然產生的多了幾十倍。可能有人覺得那溫度高個兩三度也沒什麼關係，可是氣候暖化之後的連鎖反應卻是災難。比如說海水上漲淹沒海邊城市沙塵暴席捲城市，還有二零零三年已經發生過的歐洲熱浪，奪走了三萬五千條人命照這個速度下去。本書作者擔心地球的命運會像金星一樣。作為太陽系八大行星之一的，進行內部的結構跟地球很像，但是它是一顆火球，都知道很久很久以前金星也沒那麼燙，可是某個時期，金星的火山上製造出了大量二氧化碳，他跟水蒸氣一起把逃離地面的熱量甩回了地面。氣溫逐漸升高，導致更多的二氧化碳和水蒸氣進入大氣，簡直就是一個惡性循環。後來的事情我們都知道了，金星上的溫度達到了四五百度，本來有的海洋也全都被蒸乾了。所以光統計這些年溫度上升了多少，人們可能不覺得怎麼樣，但是誰都不能預料，什麼時候會觸發惡性循環的開關。那麼明智的做法就是跟這個開關保持距離，也就是說，現在就開始控制二氧化碳的排放。
而另外一個大系問題，臭氧層空洞也被爭論了半個世紀。我們前面說了，臭氧層可以幫助我們阻擋掉有害的紫外線，而臭氧層空洞，那顧名思義就是臭氧層破了一個洞。紫外線可以透過空洞直接照射地表，你想一下這個該有多可怕！導致臭氧層空洞的罪魁禍首是冰箱的製冷劑，更確切的說，是製冷劑裡面的一種化學物質，叫氯氟烴。說起來氯氟烴的發現者米奇利算是好心辦了壞事兒，一九三零年冰箱還是一個不太成熟的發明，裡面的製冷劑會洩露出來，要麼氣味刺鼻，要麼會發生燃燒事故。米其利想解決這些問題，找出既安全又沒有毒性的製冷劑。他發現氯氟烴很符合這些要求。另外還設計了一段表演，用自己的身體告訴大家氯氟烴對人體無害，而且不會燃燒。他深吸一口氯氟烴朝一根點燃的蠟燭，慢慢呼氣，蠟燭熄滅了。從此之後，氯氟烴一下子成為廣受追捧的明星除了用作製冷劑，還開發出其他的用途，比如拿來製作各種噴霧罐，做橡膠發泡劑等等。當然，人們之所以大規模的使用氯氟烴，很大程度上來自米其利的成功灌輸，相信他的安全性。所以就算有人發現全球大氣中都有氯氟烴，結論還是不構成危害，但是氯氟烴呆在大氣裡面的時間好像特別長，他們最後會去哪兒呢。加州大學的兩位科學家羅蘭和莫娜麗開始追蹤氯氟烴，他們發現氯氟烴的確很穩定在低空都沒有什麼化學反應，可以分解他們於是氯氟烴最後就會飄到大氣上方，一直到臭氧層那兒。氯氟烴會接觸到紫外線氯原子就會跑出來。我們剛才說了臭氧像一個炸彈，那氯原子就是拆彈專家喜歡把臭氧裡的氧原子拽走，一個臭氧就變成了普通的氧氣，不能攔截紫外線了。而這個作怪的氯原子還沒有消停，繼續尋找下一個目標。一個氯原子平均要破壞上萬顆臭氧，效率高得嚇人。根據莫拉利的計算，在一百年裡，光是當時已經釋放在大氣裡的氯氟烴就可能破壞掉百分之十的臭氧層。實際上，人們開始重視臭氧層空洞問題的時候，南極上空的臭氧層已經破了一個洞，大小跟美國本土面積一樣，在外先在這裡長驅直入。你還記得前面我們講過的臭氧層是怎麼保護我們的嗎？萬一破洞繼續擴大，影響到有人居住的區域。那麼皮膚癌白內障、免疫系統缺陷都會找上我們，那現在你還會覺得人類擔心的大氣問題是杞人憂天嗎？我們在這一部分說了全球變暖和臭氧層空洞問題，如果我們不及早約束自己的行為，守護我們共同擁有的大氣大氣，也將不再守護我們。
下面來簡單總結一下本期為您分享的內容。首先，我們說到了大氣是萬物的起源，他是給我們我們提供呼吸的氣體，讓地球維持在適宜的溫度，還替我們阻擋了來自宇宙的有害射線。其次，我們說到大氣，為我們的生活提供了種種便利。比如我們利用大氣壓來吮吸液體，發現楓的規律來幫助我們遠行，利用天空這塊巨大的反射鏡來收發無線電，這些對大氣的利用，曾經改寫了世界歷史，還挽救過許多生命。最後我們說到人類活動會影響大氣，我們擔心的大氣問題，像是全球氣候變暖臭氧層空洞，都不是杞人憂天。我們看不見大氣，所以常常把大氣提供給我們的一切視為理所當然。而且很多人會覺得大自然的力量是偉大的，它有修復的能力多。這本書，我才發現，原來大氣也是有脾氣的。摸清它的脾氣是多麼不易，但這只是一個開始，能讓大氣為我們所用，並不等於我們已經征服了大氣，人類和大氣越來越頻繁的互動，正悄然改變了地球的環境。在跟大氣的相處中，沒有人可以置身事外。按照作者的說法，大氣是地球上萬物的起源。當大氣不再保護我們，我們將會失去賴以生存的家園。
