1.大气圈——人类生存不可或缺的物质条件
四季是大自然赐予人类最好的礼物。春天的细雨绵绵、夏天的雷电交加、秋天的霜露萧瑟、冬天的银装素裹，不管你喜欢它们中的哪一个，你都永远无法做到完全左右它们，因为这些奇妙的自然现象都是由地球大气圈调控的。
与我们面前的海洋和脚下坚实的大地相比，大气圈是最不引人注目的一个地球圈层。我们人类和世间万物就都生活在大气圈的底部。可以说，正是这层看不见、摸不着的大气圈，为人类的生存提供了保障。
地球大气的成分格外复杂，因为它不是由某一种单一气体组成的，而是包含有多种气体的“混合气体”。除占据绝大多数的氧气和氮气外，地球大气中还存在氢、二氧化碳、氦、氪、氙、氖、氩、臭氧等。其中氮气占空气总容积的78.09%，氧气占20.95%，其他气体的总和还不到总容积的1%。除了气体分子以外，地球大气层中还夹杂着数量众多的水和尘埃杂质，正是它们形成了云、雨、雪、雾等天气。
像太阳的大气层一样，地球的大气层也可以分为许多层，而且不同层级的大气特性不一样，这给我们研究地球大气带来了不小的麻烦。
地球大气层最下面的一层是对流层。在中纬度地区，它的平均厚度是10~12千米，而在赤道地区则略有些厚，达到了16~18千米，两极地区相对较薄，平均厚度为10千米。在对流层，气温往往随高度的攀升而降低。在冷空气的下沉作用下，对流层内常常会出现非常强的垂直和水平对流运动。这些运动引发了一系列物理变化，就是风、霜、云、雾、雨、雪、冰雹等天气现象。可以说，对流层是天气变化的“摇篮”。
对流层顶部往上40千米范围内的大气圈层，被称为平流层。之所以如此命名，是因为这一圈层空气稀薄，水汽和尘埃已经近乎绝迹。在运动形式上，它显得要比对流层“温顺”得多，气流主要以水平运动为主，所以非常适宜于飞机飞行。
中间层是平流层再往上一直到距离地面85千米的高空部分。与对流层一样，中间层的气温分布也是随高度攀升而降低的。据科学家观测，在中间层顶部，气温甚至可以下降到-90℃的状态。中间层的顶部有少量水分存在，有时如果我们运气好的话还能够看到银白色的夜光云漂浮。
中间层以上至500千米为热层或称为暖层。这一大气圈层的特点是温度随高度上升而升高，到距地面400千米的高空中时，其温度甚至可达3000~4000℃。因为种种原因，这一层的氧、氮原子大多处于电离状态，因此它又被人们俗称为电离层。电离层能够反射无线电波。当我们由地面向太空发射无线电波后，它会经过电离层的反射回到地面——这就是无线电可以传到世界各个地方的原因所在。
热层以外是地球大气的外层。外层范围广大，其上限甚至可以伸展到3000千米的高空，这里已经是大气和星际空间的过渡地带了！外层的特点是空气稀薄，温度很高。高温度造成了空气分子和原子的高速运动，这使它们有机会摆脱地球引力的束缚，逃向太空。所以，人们又形象地把这一大气层称为散逸层。
在一般人眼中，虽然大气圈非常广大，但大气的质量应该不重。因为谁也没有感到身上背了多少重量！事实上，大气圈的质量大得出奇。根据科学家估算，地球大气圈中所有空气的质量竟然能够达到5000多亿吨重！既然如此，为什么我们感觉不到大气的“重压”呢？这是因为我们人体内存在着等量的由内向外的压力——没有它们，我们就会被压得粉身碎骨了！大气质量非常巨大，但分布却不均匀。受地球引力影响，大气质量的百分之九十都集中在了离地面16千米内的大气层里。
大气不仅保护着地球的生命，同时也是这些生命的物质源泉。植物的光合作用会通过氧和二氧化碳的物质循环，产生维持生物生命的能量。可以说，没有大气就没有生物，也就更没有我们这个生机盎然的星球。此外，地球大气还是地球拥有液态水的最大“功臣”。正是它们用适宜的温度留住了所有的液态水，而没有让地球变成一个像月球那样的干燥星球。
此外，大气层还有着众多的作用，比如它保护着地球的“体温”不轻易散失，通过大气环流调节着地表温度的恒定……可以说，地球大气层在整个自然环境的演化进程中起到了无与伦比的巨大作用。
令人头疼的雾灾
地球上的各种气象为人类带来了种种好处，可是也有一些气象给人造成了无法排解的麻烦，比如平时很美丽的雾往往就会让人大受其害。雾是在秋冬季节因为空气中的多余水汽遇冷降温凝结成小水滴或冰晶造成的。大雾会使交通受到明显的阻碍：飞机不能起飞降落，高速公路需要关闭，微波及卫星通讯会因此受到影响……此外，大雾还往往会使城市空气中的有害物质滞留在近地面而无法向高空扩散，造成环境瞬时污染，严重危害人体健康。因此，大气层偶尔“调皮”起来，给我们人类造成的麻烦还是不可小视的！
2.大气运动——风云雨雪形成的基础
风作为大气运动的最基本形式往往会给我们造成各种各样的影响：冬季风带来了寒冷，夏季风带来了雨水……事实上，不仅仅是风，地球上的风云变幻全是由大气运动造成的。那么，这种大气运动到底是怎么一回事呢？
地球上各种天气变幻莫测，晴天、雨天、雾天、雪天等等这些都与大气运动密切相关。为了研究大气运动，人类科学家创造了大气运动理论。下面我们就对它进行简单介绍。
基本上说，大气运动理论是围绕“三圈环流”形式进行研究的。所谓“三圈环流”说的就是单圈环流、信风环流圈和三圈环流。
我们首先来看单圈环流。地球表面凹凸不平，但为了让大气环流研究简单一些，人们便假设地球表面是光滑的并且没有地球自转运动存在，假设空气的运动不受摩擦力和地转偏向力的作用影响。在这种情况下，赤道地区的大气将因为受热膨胀而不断上升，同时，极地空气会因为遇冷而收缩下沉。这样一来，赤道上空必然会与极地上空形成某种强度的气压差，而且赤道上空气压要高于极地上空气压。在水平气压梯度力的作用下，赤道高空的空气就会流向极地上空。赤道上空空气量减少，就会使赤道地面气压降低，于是一个低气压区形成了，这就是赤道低压；同理，极地上空有空气流入，地面气压相应就会升高，于是就形成了极地高压。赤道低压与极地高压之间形成气压差，于是在近地面的底层大气层就产生了自极地流向赤道的气流。就这样，一个赤道与极地之间的闭合的大气环流形成了，这就是单圈环流。
单圈环流的形成条件是假设的，因为地球表面的凹凸不平和地球自转形成的地转偏向力都会对单圈环流造成影响，从而使其变得复杂起来。
“三圈环流”的第二个环流就是信风环流圈，有的人也将之称为热带环流圈。
前面我们已经说过，赤道上空会有向极地方向流动的气流。在气流刚刚开始流向高纬度时，它们所受的地转偏向力的作用很小，所以空气基本上还是顺着气压梯度力的方向沿经圈运行的。可是随着纬度的不断增加，地转偏向力也越来越大，这时候气流就会受其影响而逐渐使自己的前进方向向纬圈方向偏转。当气流大约运动到北纬30°附近时，地转偏向力会增大到与气压梯度力相等的状态，于是流向高纬度的气流就会变成沿纬圈方向流动的西风。这种变化造成的结果就是使气流在北纬30°上空堆积并下沉，最终在低层形成一个高压带。这就是副热带高压带。在大气底层，副热带高压带与赤道低压带之间造成的气压差，会导致空气从副热带高压带分别流向赤道和高纬地区。其中，流向赤道的气流，会在地转偏向力的影响下，在北半球成为东北风，在南半球成为东南风。人们分别把这两种风称为东北信风和东南信风。两支信风到赤道附近相撞上升，最后补偿了赤道上空流出的空气——这样，信风环流圈形成了。
“三圈环流”中的第三个环流就是三圈环流，可以说它是人类建立的大气环流的最理想模型。
以北半球为例。我们知道，大气在极地形成了极地高压带。这样一来，当大气从极地高压区流出时会受地转偏向力影响成为偏东风。与此同时，副热带高压带流出的北上气流也会向右偏转，成为中纬度低层的偏西风。两支气流将在北纬60°附近汇合，然后其中的暖空气将被迫抬升，从高空分别流向极地和副热带。这样一来，在北纬60°附近就会因为气流的流出而形成副极地低压带。从这里流向极地的气流与近地面从极地流向低纬的气流共同构成了极地环流圈，这是第二环流圈。而自高空流向副热带处的气流与地面由副热带高压带向高纬流动的气流构成中纬度环流圈，这是第三环流圈。这样一来，在不考虑地形阻碍的情况下，只考虑太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈这就是三圈环流。
实际上，“三圈环流”的模式还是一种理想状态下的大气环流模式，因此它经常会被各种因素所打破，进而形成各种季风、海陆风、山谷风、焚风和峡谷风等。但不管是哪种大气运动方式，我们都将其统称为大气运动。
气象学家萨顿
英国气象学家萨顿是人类大气运动研究的创始人。1953年，他发表的《微气象学》一书彻底为人类对微尺度大气运动研究打开了一扇崭新的大门。虽然自此以后人类关于大气的研究不断出现新的高峰，但萨顿的功绩仍然是不可磨灭的！
3.太阳辐射——气温变化的真正成因
亲爱的读者，你是不是感觉现在的夏天一年比一年热？为了应付日益加剧的全球气候变暖问题，人类可谓想尽办法。比如，美国能源部长朱棣文就曾经提出，全世界各国都尽可能地将建筑物屋顶漆成白色。因为这样可以最大限度地反射太阳辐射热量，减少使用空调的能耗，最终减少温室效应。可是这些真的能够让人类如愿以偿吗？
炙热的太阳一刻不停地向地球输送着大量的光能和热能，据科学家们估算，太阳每分钟射向地球的热能大约高达250亿亿卡。这相当于人类燃烧4亿吨烟煤才能得到的能量。这个数字是多么的惊人啊！如果从一年的时间来看，地球从太阳获得的能量，相当于人类将所有种类能源全部算上，在同期内可以得到的能量的上万倍。我们甚至可以这样认为，太阳所能散发出的巨大能量，再加上其对于人类而言超长的寿命——哪怕地球上的各项能源完全枯竭，太阳能也丝毫不会减少。所以，对于人类而言，太阳就是一个能够无限使用的巨大的天然能源库。
在太阳带给地球的各种能源形式中，太阳辐射是可以为我们所利用的主要能量来源。不仅如此，地球上一年四季的形成，甚至连每日的昼夜变化都与太阳辐射密切相关。因此，太阳辐射对地球的影响绝不仅仅是带来能量这样简单。
而在各种各样的影响中，太阳辐射对地球气温的影响最为明显，也最为重要。
我们知道，因为受地球倾斜自转的影响，全年中赤道地区所获得的辐射是最多的，而受辐射最少的部分则是极地。这种“受热不均”的现象引发了地表各纬度的一系列气温差异。比如，在地球表面出现热带、温带和寒带气候就是其结果之一。此外再加上太阳辐射角度的差异，地球也就出现了夏季温高冬季温低的现象。
除以上两个影响状况之外，太阳辐射对地球温度的影响还体现在“辐射差额”上，所谓“辐射差额”就是指到达地球的太阳辐射减去被反射的太阳辐射与地球辐射之后的差值。之所以有这种差值出现，是因为地球表面也有极强的反射能力，它往往会把一部分太阳辐射反射回太空。与此同时，地球也是辐射体，它对太空也放出了自己的辐射。三种辐射相互抵消，最终出现了所谓的“辐射差额”。
按照物理学研究，温度越高的物体辐射能力越强。这样一来，如果太阳辐射差额是正值，那么就意味着地球要接受多余的辐射，其结果就是地球温度持续升高。地球温度升高后，相应的地球辐射也会增加，这就使辐射差额相对减小。当地球辐射增加到与接受的太阳辐射数量相等时，辐射差额就会变成零，从这时起地球温度就不会再发生变化了，而这时的地球温度会被称为“平衡温度”。“平衡温度”的存在是人们可以生存在地球上的重要原因之一。但事实上，地球的表面温度也并不等于平衡温度。比如，地球极地的平衡温度应当是-44℃，但实际平均温度为-22℃；与之相比，赤道正好相反，实际温度比平衡温度低了13℃。之所以出现这种情况，无疑是大气环流作用的结果——它大大减少了两极与赤道之间的温度差别。可以说，正是因为地球所具有的温度优化功能，才让地球的环境更加适合人类居住！
“太阳城”拉萨
我们国家日照最为强烈的城市是哪里？就是西藏的首府拉萨。这个位于“世界屋脊”青藏高原南部的城市有着3658米的超高海拔。据科学家统计，拉萨年日照时数达到了3008小时，太阳总辐射量每年高达202千卡/平方厘米，比成都（88千卡/平方厘米）高出2.5倍。凭借太阳的恩赐，拉萨得到了“太阳城”之称。那么拉萨为什么会有这样强烈的日照？究其原因有三点：一是这里海拔高，因此空气稀薄而且水汽和尘埃较少，这样一来太阳辐射在大气中穿行时遭受的损耗就相对较少；二是因为这里纬度较低，太阳高度角大；三是因为拉萨晴天多，而且全年无雾，日照时间长。三种因素相结合，就使它拥有了远远超过同纬度的其他城市的丰富日照。
4.地球磁场——披在地球表面的隐形防护衣
曾经有这样一句话令人印象深刻：“只要我不醒来，世界对我来说就不存在。”在这个世界上，有许多东西是我们睁开眼睛就能看到的，可也有许多东西是看不见也摸不着的。比如，时时环绕在我们周围的地球磁场就是这样一个神秘“物体”。
走在野外，拿出一个小小的指南针，水平放置让其自由旋转，静止以后我们就可以轻易辨别地球的南北方向了。这就是地球磁场的功劳！这个地球上无处不在的磁场可以反射来自宇宙的粒子流，使我们免受高速太阳风的伤害。可以说，它就是地球的一件无形的“铠甲”。除此以外，地球磁场对我们的地球还有许多其他影响。地球磁场稳定，则地球安然运转；反之则会给我们带来灾难！你看过著名灾难电影《2012》吗？那里面讲述的大灾难就是因为地球磁场磁极转换造成的。下面，我们就来详细介绍一下这个无处不在的地球磁场！
从整体来看，地球磁场是偶极型的。也就是说，它就像是把一个超大号的磁铁棒放到地球中心。磁铁棒的N极和S极就是我们地球的北极和南极。当然，这不过是一个假设，至少地球中心并没有磁铁棒！地球磁场的存在和运转是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应进行的。
地球磁场并不是出自一门。根据磁场起源分类，地球磁场被分为了内源场和外源场两类。其中占地球磁场95%的磁场起源于地球内部，它们被称为内源场，其主要形成原因是地球的液态外核。这个液态外核的成分是熔融的金属铁和镍。作为金属，它们都是电流的良导体。因此当地球旋转时，就会在这里产生强大的电流，进而产生地球磁场。地球磁场的外源场主要是由地球以外的力量引发的，这股力量主要来自于太阳。外源场占地球磁场份额较小，仅仅为全部的百分之五。
通过对地球磁场的起源分析我们可以知道，地球磁场不是孤立于宇宙的。也就是说，它还是会受外界扰动的影响的。比如，太阳无时无刻不在散发的太阳风就会对地球磁场产生极大影响。我们知道，太阳风是一种等离子体风，所以它自己也有磁场存在，这个磁场在到达地球时就难免会对地球磁场施加作用。不过幸运的是，地球磁场的力量要远远强过远道而来的太阳风。虽然太阳风没有一刻停息，但地球磁场还是能有效地阻止太阳风的长驱直入。亲爱的读者，你见过河流中屹立不动的顽石吗？处于太阳风吹拂下的地球磁场就与顽石的情景非常相似。太阳风绕过地球磁场，于是就形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，科学家们把这一区域称为“磁层”。
地球磁层大约位于离地面600~1000公里的高空，它的两个与太阳风交界的外边界被称为磁层顶。磁层顶距离我们地面有5万~7万公里之遥。在太阳风的挤压下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸，就像彗星一样形成了一条长长的尾巴，这叫“磁尾”。
影片《2012》中地球磁场发生了磁极变化，事实上这种现象真实存在！地球磁场是个随时间变化的场，其变化形式可以分为磁场倒转和地球磁场向西飘移两种。其中，前者就是《2012》中大灾难的源泉。
据科学家推测，地球磁场大约每5000~50000年就会倒转一次。人们习惯把与现在磁场方向相同的磁场称为“正常磁场”，那么经过倒转的磁场就相应地被称为“倒转磁场”。“倒转磁场”与“正常磁场”的区别就是它把地球的南北极调换了！据科学家研究发现，在地球46亿年进化史上，至少已经出现过四个较大的倒转期。它们分别是现在的“布容正向期”，以及以前的“松山反向期”，“高斯正向期”和“吉尔伯特反向期”。
除了上面我们说到的地球磁场的长期运动，这个看不见的“圈层”还有短期的活动出现。这些短期活动大多是由固体地球外部的各种电流体系引起的。地球磁场的短期变化可以分为平静变化和扰动变化。平静变化大多是指太阳静日变化和太阴日变化，而扰动变化则包括亚暴、磁暴、湾扰、钩扰和地磁脉动等。在这两种变化中，后者大多与太阳活动有关。在太阳活动频繁的年份，这些短期变化会频频发生，而且强度也会逐渐加大。
对于人类而言，地球磁场最大的作用就非导航莫属了！据历史考证，人类运用地球磁场进行导航的历史已经超过了400年。除了人类以外，许多动物也是依靠地球磁场进行导航的，如鸽子、乌龟等都是如此。
神奇的蝙蝠
我们知道蝙蝠的视力非常弱，那么它是靠什么辨别方向的呢？对于这个问题许多人都知道答案，那就是声呐。可据美国科学家研究，蝙蝠并不是一个生来就会运用声呐的物种。科学家通过分析现在我们所掌握的最古老的蝙蝠化石（距今约5200万年）发现，古代蝙蝠拥有高度发达的双翼，却没有找到任何可以证明它能够运用声呐的证据。那么蝙蝠是如何“练”出这样超强的本领的？对此我们还不得而知。
5.地球气候带——影响气候的主力军
喜欢旅游的读者一定对我们祖国南北方气候差异之大感到惊讶吧？在每年的三月份，东北还是冰雪未消，南方就已经繁花似锦温暖如春了！这样大的差异是因何而来的？这就与我们下面要讲的气候带密切相关了！
要想研究地球的气候变化情况，就不能不提到气候带。事实上，气候带大到对人类的繁衍，小到对我们的生活都有着无法估量的影响。那么，地球上的气候带分为哪些？它们又是如何形成的？
“气候带”的概念最早是由古希腊人提出的。在古希腊典籍里，人们分别以南、北回归线和南、北极圈为界线，把全球气候划分为热带、南温带、北温带、南寒带、北寒带五个气候带。这种划分方法基本反映了地球气候分布的大致规律。但是由于受科学知识不足所限，古希腊人没有把大气环流对气候造成的影响考虑在内，因而划分的气候带与实际情况有很大出入。
后来，随着对地球气候认识的进一步加深，人类对气候带的划分也逐渐完善起来。
1879年，科学家苏潘就提出应该以年平均温度20℃的等温线和最暖月的10℃等温线为界，把全球气候划分为热带、南温带、北温带、南寒带和北寒带五个气候带。这种划分一举打破了以回归线和极圈为界限的传统气候带划分方法。随后，人们纷纷提出了各种不同的意见和划分方法！
1900~1936年，德国气象学家和植物地理学家柯本经过多年研究，最后以温度和降水量为指标，将全球气候划分为热带多雨气候、干旱气候、温暖多雨气候、寒冷雪林气候和冰雪气候五种气候带。这种划分方法虽然还有这样或者那样的瑕疵，但其采用温度和降水量指标作为划分气候带标准的模式，已经非常接近现代气候带的划分方法了。
在柯本埋头研究自己的气候带划分方法期间，前苏联自然地理学家贝尔格也于1925年提出了自己的观点：他根据气候与自然景观的关系，以月平均气温为指标，将全球的低地气候划分为了11种气候带。它们分别是：热带雨林气候、萨王纳气候、热带沙漠气候、温带内陆沙漠气候、副热带森林气候、地中海气候、草原气候、温带季风气候、温带落叶阔叶林气候、泰加林气候和苔原气候。毫无疑问，这种气候带划分方法较之以前更为完整了。
1936年，前苏联气候学家阿利索夫根据盛行气团和气候锋位置及其季风变化情况，提出将全球划分为13个气候带。其中包括赤道带、热带、温带和极带4个基本气候带；副赤道带（副赤道季风带）、副热带和副极带3个过渡气候带。按照他的划分理论，除赤道带外，其他各带均是南、北半球各一个。与此前的气候带划分方法相比，阿利索夫的划分方法已经基本全面地考虑了太阳辐射和下垫面因素的影响，此外也反映了大气环流和洋流对热量、水分的传输。就当时的研究条件而言，这已经算是一种考虑得非常周到的理论了！
在阿利索夫以后的几十年里，人们根据各种影响因素终于完成了地球气候带的划分工作。
南北回归线之间的区域，人们将之划为了热带。由于热带位于赤道附近，所以这里终年高温炎热，不仅没有寒冷的冬季，甚至连春季和秋季也不明显。除了气候炎热，热带雨量也非常充沛，年雨量大都在2000毫米以上。由于这里温度适宜，水草丰茂，因此动植物分布非常密集。这里的热带雨林高大茂密，植物品种繁多，大象、猩猩、蟒蛇、长颈鹿等热带特有动物穿梭其间，真可谓一片生机盎然！
从回归线到极圈之间的区域，人们将之称为温带。位于南半球的温带是南温带，位于北半球的则是北温带。这两个温带的面积占地球总面积的一半以上。在这两个温带区域里，春夏秋冬四季明显，动植物种类也很繁多，非常适于人类居住。
北极圈以北、南极圈以南的极地地区，科学家将之称为寒带，分为北寒带和南寒带。与热带的炎热气候恰恰相反，寒带里终年冰天雪地，气温极低。据科学家观测，寒带许多地方最冷时的平均气温都在-80℃以下——这种温度已经不再适于人类生存了。不过，寒带也有许多令人向往的特殊景观，比如这里所独有的极昼和极夜现象、美丽的极光，还有企鹅、海豹、海象等寒带特有动物。
多种多样的气候带为地球生态多样化作出了突出贡献，那么这些气候带是如何形成的呢？归根结底，还是与太阳辐射密切相关。我们知道，太阳辐射在地表的分布，主要决定于太阳高度角，而太阳高度角又会随纬度增高而递减。这样一来，因为纬度不同而造成的热量分布不均不仅影响了温度分布，还影响气压、风系、降水和蒸发等一系列气候变化。这就是地球可以分为众多气候带的根本原因！
人类对气候带的研究并不仅仅满足于准确的划分。事实上，在研究气候带的同时，我们可以将研究范围进一步扩展到因气候带的存在而引起的有关地理环境中动植物、土壤、水文以及自然景观的地带性差异等方面。这对我们认识地理环境的结构和演变都有重要帮助。
南极磷虾
在常年温度极低的南极冰层下，生活着一种小小的生物——磷虾。这些靠从冰层上刮擦下来的海藻为生的小生命终其一生都在与低温做着顽强的斗争。为了减少能量的消耗，在极冷的时候它们甚至可以收缩身体，把自己变成幼年时期的样子。春天到来后，随着气温的升高，海水中的浮藻受阳光刺激开始大量生长，磷虾也就展开了身体，投入到了紧张的“吃饭”大业中。
磷虾是南极生态系统中最重要的一环，它们的存在为大多数南极动物提供了食物，而且这种小小的生物还富含蛋白质。据科学家估计，如果每年能够捕捞1.5亿~2亿吨磷虾，那么大致就可以满足全世界人对蛋白质的需求了！
6.水圈——地球家园的生命之蓝
水很普通吗？也许你会认为这种无色无味的液体随处可见，是再普通不过的东西。可事实上，我们最不能忽视的就是水。它无处不在地深入到我们生活的每一个角落，支撑着我们生命的延续。人永远也离不开水，同样，我们生活的蓝色星球也离不开水。
与太阳系其他行星相比，地球最大的特色就是有水，也正是因为有水，它才孕育出了那么多的生命。在这颗蓝色的星球上，海洋覆盖了占地球表面积70.9%的陆地。这些存量巨大的水与大陆上的湖泊、河流、冰川和地下水一起构成了一个基本连续的水圈。据科学家估计，地球上所有水的总质量为140亿亿吨（约13.6亿立方千米），占地球总质量的0.024%。
站在海边，几乎所有人都会被大海的辽阔所震惊，可是在40亿年前，刚刚成形的地球上几乎见不到一滴地表水，更不要说什么生命。后来，随着地球的渐渐冷却，大气中水蒸气以尘埃为结核形成云雨，降落到了地面上，然后汇集成溪，流向低洼的地方。这一过程漫长而又枯燥，但也就是在这一时期，湖泊和海洋形成了。据科学家考证，正是这些湖泊和海洋孕育了地球上最原始的生命物质。可以说，地球上水圈的形成是一个长期积累的结果。
地球上的水是如何存在的？地表水与地下水、水蒸气之间是否一直互不往来？事实上，由于太阳照射等原因，地球水圈一直都在进行着不间断的循环运动：江河湖海和陆地的地表水在太阳照射下蒸发，变成水蒸气升到空中；空气中的水蒸气——大气水又在一定条件下凝结为雨和雪回到地面或海洋。地表水流入江河湖泊，然后归入大海；此外还有部分地表水渗入土壤和岩石缝隙成为地下水，而后又蒸发进入大气……这就是水圈中不断进行着的水循环。在此循环过程中，水不断释放或吸收着热能，调节着地球上各层圈之间的能量差额，并不断对地表的形态进行着改造。可以说，正是由于地球上永不停息的水循环，这才使地球表面生机勃勃，万物葱茏。
对于人类而言，水就是生命的源泉。仔细观察我们的周围就会发现，不管是经济的繁荣还是生产的发展，都与水密切相关。可令人遗憾的是，现在许多人明知地球水圈对人类意义非凡，还肆意破坏着水圈的平衡，为了短期的利益大规模砍伐森林，大面积地排干沼泽，抽空地下水……可以说，他们是在破坏着人类生存的基础。
为了人类的繁衍，为了子孙后代的希望，现在地球上的有识之士正在奋起抗争，但保护人类生命之水的斗争还任重而道远！
我国所面临的干旱
近几年来，我国水灾频繁，可是你知道吗？我们国家的城市干旱问题也极为严重。据统计，我国现在六百多个城市中，供水不足的就占四百多个，而其中严重缺水的有110个，每年城市缺水总量达60亿立方米。
不仅仅是城市缺水，事实上我们国家的水资源从来都不丰富！据统计，我国人均水资源占有量只有2200立方米，仅相当于世界人均占有量的四分之一。更为可怕的是，随着我国人口数量的增加，到人口数量为16亿时，人均水资源将下降到1750立方米。这个数字已经接近国际公认的水资源紧张标准。
7.生物圈——千姿百态的生物集合
所有的生命都不可能脱离环境而独立存活，这是大自然的基本法则。我们人类就生活在一个庞大而复杂的生物圈里。生物圈并不是生来就有的，它的建立也经过了一个从无到有、从简单到复杂的发展历程。通过探究生物圈，人类得以追寻动物世界的神奇，探赏植物王国的瑰丽，真可谓奇妙无穷！
作为人类生存的家园，地球是目前已知宇宙中唯一拥有生命的天体。由此可知，它拥有生物起源以及进化的理想环境。
地球能够孕育生命的首要条件是拥有液态水。在太阳系的各个天体中，地球与太阳的距离适中，再加上它非常“合理”的自转，这就使地球表面维持着允许液态水存在的温度。此外，地球的引力保证了地球大气的存在，它独有的磁场屏蔽了大部分来自宇宙的高能射线，使地表生物免遭伤害……这些都为生命的产生提供了可能。在这种适宜的环境下，经过几十亿年的生物进化，地球终于形成了现在这样庞大的生物圈。当然，除了宇宙因素外，地球生物圈之所以能够形成现在的模式，也与生物和环境之间的相互作用密切相关！据科学家推测，最原始的地球与我们现在看到的地球完全不同。当地球的生命刚刚出现时，地球原始大气中还富含甲烷、氨和硫化氢。这样的生存环境毫无疑问并不适合我们现在所能见到的大部分生物生存。后来，随着蓝藻的出现，地球大气环境开始出现了变化：蓝藻通过光合作用调节了大气中二氧化碳和氧气的含量比，使地球大气的含氧量逐渐增多，这就为需氧生物的出现奠定了基础。
氧气的增多还使地球大气发生了一个非常重要的改变：高空臭氧层出现了。它有效地阻止了宇宙紫外线对地球生命的辐射伤害。在臭氧层的保护下，大量以前只能在海水深处躲避紫外线辐射的生物来到了浅水区和陆地上。与此同时，在低等植物和微生物的长期作用下，陆地的土壤越来越肥沃，紧接着高等植物出现了，它们为刚刚来到陆地上的动物提供了食物。此后，又经过了多年的生物进化，最后才形成了目前地球的生物圈。
从生物圈所包含的范围来看，地球上有生命存在的地方就属于生物圈。这个特殊的圈层包括了地表上下25~34千米内的区域，这其中包括了大气圈的下层，岩石圈的上层，整个土壤圈以及水圈。不过，这只是一个总体的范围。地球上的大部分生物还都集中在地表以上百米到水下百米的大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈等圈层的交界处。那里才是生物圈的核心所在。
既然生物圈与大气圈等自然圈层相互交叉重叠，那么生物的生命活动必然会对这些圈层造成影响。这些影响主要体现在促进了各圈层之间能量的流动和物质的循环。生物要想从环境中获得生存所必需的能量和物质，就必然要适应环境。这样一来，环境的改变往往会推动生物的适应性发展。正是这种交流影响，促进了整个生物界持续不断的变化。
生物圈里繁衍着几乎无法计数的生命体，它们一方面会从大自然中获得足够的能量和营养物质以支持生命活动，另一方面也将猎食的对象指向了生物圈内部。中国有句古话：大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，这就点出了生物圈内部能量流动的基本状况。当然，现实中的生物圈内部能量流动并不像我们所说的那样简单！
按其在物质和能量流动中占据的位置，生物圈中的生物可以分为以下几大类：生产者、消费者、分解者。
生产者主要是指绿色植物。这些植物能通过光合作用将无机物合成为有机物。
消费者主要是指动物，其中也包括人。部分消费者以食用植物为生，它们被称作一级消费者；部分动物以捕食植食动物为生，它们便被称为二级消费者；除此以外还有部分动物会捕食小型肉食动物，这就是三级消费者。人类的猎食目标种类繁杂，因此属于杂食动物。
分解者主要指可将有机物残渣分解为无机物的微生物。
生产者、消费者和分解者与我们所生活的无机环境一起，构成了一个生态系统：生产者从无机环境中摄取能量和物质，最后合成有机物；一级消费者通过食用生产者获得融合进有机物的能量，此后，一级消费者会将自己体内的能量传递给二级和三级消费者……当生产者和消费者死亡以后，分解者再将其分解为无机物，归还大自然。就这样，一个完整的生态系统的物质和能量流动圈形成了。
作为生物圈中的重要主体，人的生存和发展都离不开整个生物圈的繁荣。从这个角度出发，保护生物圈就是保护我们人类自己。
“生物圈2号”
“生物圈2号”又称“微型地球”，或“火星殖民地原型”，是人类模拟地球生态环境建造的一个模拟生物圈，它位于美国亚利桑那州的沙漠中。
“生物圈2号”存在的目的是为了考察人类离开了地球生物圈后是否能够维持生存。为此，科学家在这个微型世界中，建造了“海洋”、“平原”、“沼泽”、“雨林”、“沙漠”和人类居住区。可以说，它就是个自成体系的小生态系统。虽然“生物圈2号”与外界是完全隔绝的，但它还是可以通过电力传输、电信和计算机系统与外部保持联系。
但遗憾的是，在1993年，研究人员最终宣布确认“生物圈2号”实验失败。由此可见我们地球的生物圈无可替代！
8.天气系统——风雨雷电发生器
天上真的有雷公电母吗？许多年幼的孩子常常这样问他们的父母。的确，风雨雷电等天气现象在他们的眼里是那样的神秘。可事实上，这些也不过是大自然中的一种天气现象罢了！这一节，我们就一起来看一看，这些神秘莫测威力巨大的天气现象是如何产生的！
风、雨、雷、电、雪等这些我们非常熟知的天气现象的形成与天气系统密切相关，那么天气系统又是什么呢？
天气系统是我们人类总结出的具有一定的温度、气压或风等气象要素空间结构特征的一种大气运动系统。这种大气运动系统包罗万象，比如以空间气压分布为特征的高压、高压脊、低压、低压槽等；以风的分布为特征的气旋、反气旋、切变线；以温度分布特征来确定的冷锋、暖锋等等。当然，以上我们提到的这些分类都不是相互独立的！作为天气系统的一员，气压、风、温度及其他气象要素之间都互相紧密相连。
我们知道了天气系统的组成，那么它们会分别产生什么样的天气现象呢？
首先让我们来看一下气团。所谓气团，就是指水平方向上温度和湿度等物理性质分布较均匀的大空气块。其水平范围可以达到几百千米甚至几千千米，垂直范围则从几千米到十几千米。因为它们的热力结构不同，所以科学家又把它们分为了两类：冷气团和暖气团。
冷气团又称冷空气。之所以这样命名，不是因为它究竟冷到了多少度，而是因为在其移动过程中，它比其所经过的下垫面要冷。这是一个经过比较才得以命名的名字！冷气团经过后，当地气温将明显下降。冷气团多在夏季出现，由于它一般富含水汽，所以常在中午或午后形成积云或积雨云，伴随而来的就是阵雨或雷暴天气。冬季出现的冷气团中水汽含量不高，因此在其控制下多为少云或碧空天气。这时候如果你登上高处，会发现视力范围要远大于平时。
暖气团也称暖空气。其命名方式正好与冷气团相反。暖气团过境后，地区温度一般会明显上升。在我国，夏季出现的暖气团常常会诱发雷阵雨等不稳定天气。
说到气团就不能不说到锋面。锋面就是冷暖气团的交界面。这个交界面一般宽度很大，小的能达到几十千米，其水平范围可达数百千米到数千千米之多。
作为冷热气团交汇处，锋面温度梯度很大，一般相距100千米温差就可以达到几摄氏度甚至10℃之多。在这种剧烈变化的温度的作用下，大气变得非常不稳定，剧烈的天气现象也容易伴随发生。
锋面分为冷锋和暖锋。在锋面的移动过程中，当冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动时，这种锋面就被称为冷锋。相反，如果热气团起主导作用，那么就是暖锋。在冷锋情况下，当冷气团势力较弱，而暖气团湿度又较差的时候，就会在冷锋上形成层状云系，随之而来的就是连续性降水天气。但如果冷气团势力强盛，而暖气团又很湿热，那么就会在冷锋上形成对流性的积雨云，伴随出现的就是雷阵雨，甚至狂风暴雨。
与冷锋相比，暖锋天气就显得非常简单，一般会在暖锋上形成层状云系，并出现连续性降水天气。
虽然都是下雨，但冷暖锋的云系和降水的分布状况是完全不同的。比如，冷锋降水大多都会发生在锋面附近和冷锋后部，降雨带宽度较窄，一般不超过100~200千米。与之相比，暖锋降水主要发生在暖锋前部，而且降雨带的宽度较宽，其范围可达300~400千米。
梅雨天气综合症
在我国长江中下游地区，每年六月中旬到七月上旬前后的时间被称为“梅雨季节”。之所以这样命名，是因为梅雨季节空气湿度大气压低。在这种天气里，“梅雨天气综合症”非常高发。其主要表现有：许多人会出现情绪和行为异常，比如湿度增高时，许多人会缺乏自控力，烦躁不安，特别是许多中老年人容易出现情感障碍。此外，受天气影响，人体的血压、血沉、尿量都会随之变化，这些变化都会给人体造成不利影响！