一、大气层的构成与重要性

（一）丰富的气体成分

大气中各种气体的比例是不同的。其中氮约占 78%，氮气在大气层中扮演着稀释和稳定气体的角色，为生态系统提供了基础支持。

同时，氮气是许多重要化合物的组成部分，某些微生物可以将氮气转化为其他可被植物利用的形式，参与到生态系统的物质循环中。氧约占 21%，氧气对地球上的生命至关重要，参与绝大多数生物体的呼吸作用和能量的产生。

氧是维持生命最重要的能源，人每分每秒都在呼吸，吸入氧气，呼出二氧化碳。正是这样一呼一吸的吐故纳新，使人体获得生命能源。氩气约占 0.939%，在惰性气体里含量最高。

二氧化碳约占 0.031%，二氧化碳对地面长波辐射吸收能力很强，然后以大气逆辐射的形式把热量返回给地面，对地面起保温作用，同时也是植物进行光合作用的重要原料。

（二）生命的必要条件

大气层为地球上的生物提供了多种必要条件。首先是呼吸功能，生物通过呼吸氧气来维持生命活动，氧气参与细胞的呼吸作用和能量的产生。

其次是保护作用，大气层中的臭氧层可以过滤掉太阳辐射中的紫外线，降低对生物的危害，保护生命免受致癌和 DNA 损伤。

再者，大气层中的气流可以帮助植物的种子、微生物的孢子以及飞行昆虫传播到不同的地方，丰富了地球上生物的多样性。

此外，大气层还为鸟类等生物提供了导航的依据，通过气流的变化和气压的差异来确定方向。

总之，大气层是生命存在的必要条件，它为地球上的生物提供了呼吸、保护、传播和导航等多种功能，对地球生命的繁衍和发展起着至关重要的作用。

二、主要气体的独特作用

（一）氮气：相对较差的吸收体

氮气占据了地球大气的绝大部分比例，约为 78%。然而，对于入射太阳辐射来讲，氮气是一个相对较差的吸收体。这是因为氮气分子结构相对稳定，不容易与太阳辐射发生相互作用。

虽然氮气本身并不直接参与生命活动及其它化学反应，但它是构成生命体的重要组成部分，同时也是植物合成蛋白质等有机物质的必需原料。

土壤中的氮和空气中的氮之间构成了一个紧密的循环系统，对于维持生态系统的平衡和稳定至关重要。

（二）氧气与臭氧：紫外线的克星

氧气在大气高层消除大多数紫外线辐射的短波部分。氧气分子能够吸收一定波长的紫外线，从而减少了紫外线对地球表面生物的伤害。

臭氧在平流层的 10～50 千米范围内吸收紫外线。如果没有大量的紫外线辐射被吸收掉，人类的生命可能就不存在，因为紫外线能量可以干扰我们的基因序列（遗传密码）。这也是在平流层出现高温的主要原因之一。

（三）水汽与二氧化碳：温度的调节者

水汽和二氧化碳是对地球放出的长波辐射的主要吸收气体。水汽约吸收来自地表辐射的 60%，对对流层低层较暖温度的贡献比其他任何气体都大，因为水汽在对流层低层密度很高。

二氧化碳也能吸收地球放出的长波辐射，加热大气并增加大气向外空和地面放出辐射的能力。虽然大气是地球表面放出辐射的有效吸收体，但在波长 8～12 微米的辐射带却是相当透明的，这个波段被称为 “大气窗”。而水汽和二氧化碳在这个波段吸收的辐射能量很少。

（四）云：大气窗的百叶窗

由微小的液态水滴组成的云是大气窗波段极好的能量吸收体。云吸收来自地面的放出辐射的同时也放出辐射回到地面。

所以云类似于百叶窗，可以有效地遮住大气窗而降低地面附近的冷却率，这就是云天夜间的温度高于晴天夜间温度的原因。云的存在对地球的气候和温度调节起着重要的作用。

三、大气层的特殊效应

（一）温室效应

温室效应是指太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。

大气中的二氧化碳、甲烷、水汽等气体把地球红外辐射吸收了一大半，然后再向四面八方放射，其中一部分红外辐射又返回了地面，就像玻璃温室一样，这就是大气温室效应。这些气体统称为温室气体。

温室效应对地球温度起着重要的调节作用。如果没有大气的温室效应，地表平均温度就会下降到 -23℃，而实际地表平均温度为 15℃，这说明温室效应使地表温度提高了 38℃。温室效应使得地球保持了适宜生命生存的温度。

然而，人类活动导致了大气温室气体含量的升高，引发了增强了的 “温室效应”，进而导致全球气候变暖加剧。气候模型显示，如果大气中的二氧化碳含量比工业革命前增加一倍，地球温度将升高 1.5℃ - 4.5℃。

2020 年，世界气候研究计划署的 25 位科学家将其升温范围缩小到 2.6℃ - 3.9℃之间。政府间气候变化专门委员会指出，人类活动已经造成了工业革命以来全球升温约 1.0℃，如果继续以目前的速率升温，全球升温可能会在 2030 年至 2052 年达到 1.5℃。

全球平均气温正以前所未有的速度上升，全球变暖控制在 1.5℃以下的可能性迅速变小，人类跨越气候系统不可逆转的临界点的风险也在增加。

（二）大气棕色云团

大气棕色云团是指区域范围的大气污染物，包括颗粒物、煤烟、硫酸盐、硝酸盐和飞灰等。ABC 的棕色就是黑炭、飞灰、土壤粒子以及二氧化氮等对太阳辐射的吸收和散射所致。

世界目前有五大 ABC 热点区，包括东亚、南亚的印度中央平原、东南亚、南部非洲以及亚马孙流域。世界上还有 13 座 “超大城市” 被确认为棕色云团热点城市，如我国的北京、上海和深圳。

大气棕色云团对环境和人类健康有诸多危害。一方面，它沉降后会使冰雪变脏，近年来南亚棕色云团季节性爆发加剧喜马拉雅山脉冰川消融。

棕色云团由高浓度的颗粒物组成，沉降后会使地表冰雪颜色加深，使得地面反射减弱，吸收的太阳辐射增多，地面辐射增强，气温升高，导致冰川消融加剧。

另一方面，大气棕色云团能影响居民的生活卫生条件，例如灰尘使环境污秽，影响居民开窗换气，以及晾晒衣物等。

（三）其他间接影响

大气污染能影响居民的生活卫生条件。灰尘会使环境变得污秽，不仅影响环境美观，还可能携带各种有害物质，对人体健康造成潜在威胁。

恶臭或刺激性气体可影响居民开窗换气，导致室内空气不流通，影响人们的生活质量和健康。同时，这些气体也会影响居民晾晒衣物，使衣物容易沾染异味和污染物。

此外，大气污染还可能对建筑物、文物古迹等造成损害，酸雨可腐蚀建筑物、文物古迹，可造成地表水 pH 下降而使输水管材中的金属化合物易于溶出等。

四、保护大气层的重要性

（一）大气层保护的紧迫性

大气层是地球生命的保护伞，保护大气层刻不容缓。正如科学家指出，火星曾经可能存在生命，但由于火星磁场消失导致大气层不稳定，最终变得荒凉。

地球的大气层为地表生命以及地球本身的稳定提供了巨大的保护作用，如隔离太阳辐射和太阳风、阻挡紫外线、稳定地表温度、减少陨石撞击伤害等。

然而，人类活动对大气层造成了严重的破坏。温室气体排放、工业污染、不合理的资源开发等，已经使大气层面临着前所未有的危机。

（二）减少污染物排放的重要举措

工业减排：企业应采用环保技术，减少废气排放。例如，采用原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约 40% 一 60% 的无机硫；改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量；开发新能源，如太阳能、风能、核能等，虽然目前技术不够成熟且成本较高，但从长远来看，是实现可持续发展的重要途径。

交通治理：减少汽车废气排放是关键。可以改进发动机的燃烧设计和提高油的燃烧质量，安装汽车催化转化器，使燃料充分燃烧，减少有害物质的排放。同时，发展绿色公共交通，如采用液化石油气和压缩燃气的公共汽车，限制私人轿车的发展，扩大地铁的运输范围和能力。

生活方式转变：每个人都可以为减少大气污染物排放做出贡献。不要乱扔废弃物，出行尽量乘坐公交车、地铁，减少私家车使用；多参加植树等绿化活动；私家车安装尾气处理装置，使用润滑油使燃油充分燃烧，减少有害气体排放。

（三）加强环境保护的意义

国际合作：大气层保护是一个全球性的挑战，需要国际社会共同努力。《巴黎协定》和《蒙特利尔议定书》等多边环境协议为全球合作提供了框架。各国应共享环保技术和经验，特别是发达国家应向发展中国家提供环保资金支持。建立全球大气监测网络，定期发布报告，加强对大气层的监测和管理。

绿化造林：茂密的林丛能降低风速，使空气中携带的大粒灰尘下降。树叶表面粗糙不平，有的有绒毛，有的能分泌粘液和油脂，因此能吸附大量飘尘。蒙尘的叶子经雨水冲洗后，能继续吸附飘尘。如此往复拦阻和吸附尘埃，能使空气得到净化。

转变发展方式：从根本上推动城市发展模式转变，走科学发展、生态发展之路。严格限制高能耗、高污染、低效率的企业投入，促进经济发展与环境保护的协调共进。

保护大气层对于维护地球生命的生存环境至关重要。我们每个人都应肩负起保护大气层的责任，从自身做起，减少污染物排放，加强环境保护，为子孙后代留下一个更加宜居的地球。