这是我们的地球
这是个瞬息万变 充满自然奇观的世界
但地球不只是个 充满自然之美的地方
本系列节目要探索 四股形塑这个世界
让它成为 孕育生命温床的强大力量
本集节目介绍…
大气层
大气层威力强大 但也非常敏感
很有破坏性，但又能保护我们
是所有生物生存的必备要素 但是又由生物所创造
但大气层已经开始改变了
可能会造成致命的后果
了解大气层 是维系人类存亡的关键
BBC探索地球惊奇
大气层
大气层为我们隔绝了 严寒死寂的太空
大气层含有复杂的气体 如氮、氧和二氧化碳
而且主要分为四层
要探索大气层 需要一种特殊的交通工具
那就是一架能飞得很高的飞机
飞行高度惊人
这是英国闪电超音速战斗机
是1960年代的传奇
这种1960年代问世的 经典军用喷射机
专门从事高海拔飞行
大气层的最底层 是我们最熟悉的对流层
我们大半辈子通常都在厚度 只有十公里左右的对流层度过
对流层由温暖、潮湿 含氧高的空气组成
是生物赖以生存的关键
但是对流层很不稳定 混乱又很难预测
所以地球的天气不断地变化
这架飞机在短短两分钟后 就离开了对流层
相当于巨无霸客机 飞行高度的12公里
大气压力只有地面的18%
准备好做超音速飞行了吗？
现在的速度是1马赫 重力是4G
飞行高度即将来到13公里
飞机穿越大气层中 肉眼看不到的一条界线
离开第一层对流层进入平流层 就又是个完全不同的地方
这里的空气稳定、干燥 几乎没有气候可言
臭氧层就位于平流层
它可以减少 致命的太阳幅射抵达地表
现在的飞行高度是15公里
几乎是圣母峰高度的两倍
现在大气层中的气体 有90%都在我们脚下
这架飞机的飞行高度 已经到了极限
剩下10%的大气层 在上方向外延伸
渐渐地没入 上方85公里处的太空
我们即将抵达危险点
左转后就能下降进入云层
将近50年前
有一个人以前无古人 后无来者的方式体验了大气层
1960年8月16日 这时候人类还没有登陆月球
军方飞行员乔基廷格 勇闯太空边缘
探索大气层的最外围
他乘坐的不是火箭 而是一个巨大的氦气球
他飞到离地面31公里的高空
进入了平流层
这是我先前飞行高度的两倍
然后基廷格做了一件 很惊人的事情
他跳了下来
这是他下坠时拍摄的影片
他以每小时一千公里的高速 向地球坠落
但这个高度的大气层过于稀薄
他几乎感受不到风阻
他一点感觉都没有
我身上穿的压力衣 完全没有飘动
这种感觉很奇怪
我没有任何视觉上的参考点
所以觉得自己仿佛 在太空中飘浮
一直到他进入较低的对流层时
才听到和空气擦身而过时 发出的震耳欲聋的声音
最后他终于拉开降落伞
他至今仍是 自由落体时间的纪录保持人
基廷格花了15分钟 就回到地面
基廷格从 30多公里的高空往下跳
穿过了大气层99%的气体
15分钟前我还在太空的边缘
现在则觉得是在伊句园
我们不知道地球有多美
虽然基廷格从平流层往下跳
他仍然没有抵达 大气层的最外缘
因为上面还有两个保护层
它们稀薄脆弱，几乎不存在
但是对地球和我们来说 都非常重要
中气层位于离地面 约50公里处的高空
中气层帮我们挡住了致命的陨石
陨石进入中气层时 会压缩前方空气
导致陨石温度升高 其中大部分会燃烧殆尽
这就是我们在地面上 看到的流星
中气层会出现一种 叫做夜光云的奇特现象
夜光云只有在夏季时 才会在高纬度地区出现
但是因为极其纤薄
所以只有在被西沉的落日 从下方照亮时才看得到
第四层，也就是增温层 从离地85公里的地方开始
顾名思义，这里的温度 会飙升至一千多度
这里的大气层非常稀薄
所以科学家认为 一百公里的高空
就是太空的起点
航天飞机在增温层中绕行地球
危险的太阳风 在增温层被地球磁场挡住
并转向至两极
产生极光
这是最壮丽的自然奇观之一
四层大气层 对地球上的生物来说
都非常重要
如果把大气层从地表抽离 揉成一个球
就会变成这个样子
只有这么一丁点大
其实大气层的体积 只有地球的5%
但是少了大气层 地球会是一片荒芜死寂
生物赖以生存的对流层 不过是窄窄的一层
只有十公里厚
就是围绕着地球的那条蓝线
但对人类来说 这是最重要的一层
影响我们日常生活的对流层 非常敏感
所以很容易 因人类的活动而改变
若想了解我们居住的对流层
就不能只把它视为气体 也要把它当做一种液体
其实我们居住在 一个由空气形成的海洋底部
空气和水一样有乱流
空气流过山顶形成涡流 导致了这些云的产生
这片大气层海洋也有漩涡
那就是龙卷风
在这段美国堪萨斯 拍摄的影片中
龙卷风以时速 300公里的速度旋转
对流层跟海洋一样，也有波浪
这片在澳洲昆士兰的云 其实是世上最大的波浪
它可以高达两公里
潮湿的海洋空气接近 笔直、漫长的海岸线
被迫上升时就会形成这种云
空气冷却凝结后形成云
以每小时40公里的速度 向內陆前进
这就是我们上方 那片空气海洋存在的实质证据
大气层和液体一样，都有重量
以每一平方公分 一公斤的力量向下压
我们没有感觉是因为 体內的空气平衡了体外的压力
我们就像 在海底漫步的龙虾一样
完全感觉不到上方空气的重量
因为我们已经适应了
如果你对大气层的液体特质 还有怀疑的话…
有些人甚至可以在空中冲浪
我承认 难度比传统冲浪高一些
所以这种事还是交给
特洛伊哈特曼这样的专家 来做比较好
空气像液体一样
我现正站在空气表面上
特洛伊不只是垂直坠落 他也能水平移动
我只要稍稍移动
就能改变轨道
这就像方向舵一样
蓝天就是特洛伊的海洋
把大气层视为一种液体
就能明白它为何能拥有 塑造地球表面的能力
甚至可以切割坚硬的岩石
这片亚利桑那的地形叫做波浪
名称的由来很明显
巨大起伏的形状 仿佛是被流水冲刷出来的
事实上打造这片岩石地形的 是另一种流体运动
那就是风
不断吹袭的强风 带走了一粒粒的细沙
风成为一块巨大的钢丝绒
磨擦岩石的表面 刻蚀出纤长的曲线
波浪的形成历经了数十万年
各位也许觉得这段时间很漫长
但由地质观点来看 这不过发生在眨眼之间
空气的生猛威力 在这里展现得淋漓尽致
空气的力量无时无刻不在运作 不断地雕琢着地貌
风正在大刀阔斧地 形塑地球的面貌
由相同方向吹来的强风 会刻凿出巨大的山脊
这叫做风蚀岭
这些是伊朗的风蚀岭
这些则是位于 中国西北部的风蚀岭
但这种侵蚀作用 不只是形塑地貌
撒哈拉沙漠起风时卷起大量 富含矿物质的沙石尘土
把沙尘吹到空中，吹越大西洋
其中大部分沉入海底
海水因养分而变得更加富饶
但有的则一路被吹过大西洋
抵达南美的亚马逊雨林
事实上每年有四千万吨的 盐分和养分
从撒哈拉被吹到亚马逊河流域
大气层中的沙尘在此地 被雨水冲刷至下方的森林里
并成为雨林重要的营养来源
所以不断翻腾盘绕的大气层
维系了地球的生机
但在我们身边 不断波动翻搅的空气
对地球的运作 还有更直接的影响
它制造了天气
天气最重要的就是热
所有的天气… 不论是微风或是强烈飓风
都是肇因于 热气在大气层中的移动
这是一个范围遍及全球的过程
各位看的是 三个月的气象图快速播放
海洋和陆地的水分因热而蒸发 产生了云
因而形成的气候模式 复杂、难以预测
这是因为大气层与陆地…
海洋
甚至冰层的互动所致
这些力量最激烈的冲突 发生在南美洲
这是阿根廷普马马查的村庄
正热热闹闹地展开 大地之母的庆典
庆典代表着献祭 祈求来年丰收
村民许愿的对象 是控制天气的大地女神
这是有原因的
因为阿根廷的这个地区 常被强烈暴风雨侵袭
科学家透过计算每年的闪电次数
判定世界上 暴风雨最频繁的地区
而这个地区的排名 大概是前几名
吉姆艾德斯的工作 就是追逐暴风雨
这是他第一次来到阿根廷
为的就是体验 此地暴风雨的威力
阿根廷的这个地区 是所有追风人的梦想
这里看起来非常平静
但如果知道要找什么样的线索
你会发现这里的确是个 暴风雨的温床
两股强大的气流 会在这里发生冲撞
而且每一股气流 都有独一无二的特质
其中一股温暖潮湿 另一股寒冷干燥
这里有来自亚马逊河流域 温暖潮湿的不稳定气流
和来自南极的冰冷空气 发生碰撞
温暖潮湿的空气上升 产生了强烈的雷暴
冷热气流冲积形成的乱流 是暴风雨的核心
但另一项例行特色 使得本区的暴风雨格外强烈
安第斯山区的地理特性
在强烈雷暴的形成上 扮演了重要的角色
来自亚马逊河流域 温暖潮湿的空气
迎面撞上来自南极的寒冷空气
混合之后暖空气因山脉而上升 形成世上最强烈的雷暴
吉姆动身前往 形成暴风中心的下方
问题是，这个 暴风雨不断的山区
地势崎岖很难前进
没错，开始下雨了
过了山顶就到了
我已经听到雷声了
山脊上方出现一道强烈闪电
开始下雨了
左边的雨很大
我们离暴风雨很近了
因为闪电和雷声的 时间相足巨很短
我们要开到雷暴的中心
这么做其实很危险
我们在山顶 很容易被闪电击中
闪电会打中位置最高的结构
车子的金属部件又多 所以很可能会被闪电击中
闪电是暴风云内 空气激烈运动的副产品
暴风云内温暖潮湿的空气 会往上升
上升时会冷却 其中的水滴会结冰
有的形成微小冰晶 有的则变成雪
这两种形态不同的冰 在暴风雨中碰撞
形成带电粒子
电场开始累积
直到威力强大…
延伸至下方的地面
但在大气层的高处还有一种 更飘忽、更奇特的闪电
这种闪电连吉姆都没看过
这种闪电叫做精灵闪光
这种闪电的落点不是地面 而是上方
有时会抵达中气层 75公里处的高空
由于发生的位置过高 所以很少人看得到
大气层的力量形塑地球 制造天气
但最惊人的是 大气层由古至今的变化
及大气层和生物间的复杂关系
地球在45亿年前 诞生不久之后
大气层就形成了
早期地球的火山运动旺盛
数百万年来 火山喷出大量气体
这些气体逐渐累积
形成大气层
但当时的大气层 和现今的很不相同
早期大气层由二氧化碳 及甲烷和蒸气组成
其中还掺杂着有毒的硫化氢
人类赖以生存的氧气 当时并不存在
这种致命的组合 维持了20亿年
直到原始生物改变了大气层
为了看原始生物 如何改变大气层
我们前往世上少数 还找得到原始生物的地方
生物学家马汀范克南敦克
在西澳研究 这种古代生物的罕见聚落
这里是全球最著名的 地质景点之一，鲨鱼湾
海里生机盎然
但他感兴趣的是 这些岩石般的团块
这些东西很重要
因为地球上所有的动植物…
地球上所有的人类 都是因它们才会存在
这些看来奇形怪状的 咖啡色岩石
其实是一种 非常特殊、罕见的生物
它们叫做迭层石
只存在于世上少数的几个地方
最适合观察迭层石的地方 就是鲨色湾
它们可以说是 世上有史以来最成功的生物
迭层石在地球上 称霸了超过30亿年
它们的年代比人类、蜗牛 哺乳动物和长毛象早得多
我每次回到这里 都觉得仿佛回到过去
真切感受到早期地球的状况
约40亿年前出现的迭层石 虽然很重要
但其实构造很简单 它们是由细菌组成的
在最上层是由 数以百万计的微生物组成的
最主要是由从太阳光 取得能量的蓝藻细菌
这些细菌做了一件 很了不起的事
它们吸收阳光进行光合作用
分解了水里的化学键结
释放出一种 彻底改变地球的物质
它们释出了氧气
迭层石很特别，因为它们是 率先制造氧气的生物
而且制造的量很大
到了约25亿年前
迭层石几乎覆盖了 世界各地的浅海区域
不停地制造氧气
这引发了地球史上 最重要的变化
最后地球拥有了 富含氧气的大气层
但在那之前 出现了一道难关
为了看看究竟是什么 阻止氧气进入大气层
得深入澳洲内陆
然，现在这里很干燥
但25亿年前 这些岩石在海底形成
这些岩石 是解开氧气之谜的关键
当时海水中含有大量的铁质
地质学家亚当韦伯专门研究 地球史上这段远古时期
海中含氧量因迭层石而上升时
氧气和铁发生作用而生锈
然后所形成的铁锈沉到海底
这种化学反应把氧气留在海里
世界各地都出现了 层层迭迭的铁锈
最后形成铁矿的矿层
这座矿坑 到处都有厚厚的铁矿层
铁生锈后沉积在海底
层层堆积后 上升形成厚厚的岩层
就像今天在这里看到的一样
很难想象 我们今日所开采的铁矿
是因为数十亿年前 迭层石制造氧气而形成的
这个过程的发生 并未局限于某个地方
而是发生在全球各地
有趣的是 几乎发生在同一个时期
也就是含氧量因迭层石 而上升的时候
人类今天之所以可以用铁来制造像汽车 火车、船、房子、刀叉等
都要感谢这些小小的迭层石
但是迭层石制造的氧气 给我们的不只是餐具
约20亿年前 海中的铁全锈光了
再也没有能和氧气作用的铁质
氧气只有一个地方可以去
它离开海洋，进入大气层
这对地球的生物而言 是最重要的一步
氧气做的第一件事
就是给了地球 一层重要的防护罩
氧气上升至平流层时 形成了臭氧层
臭氧层帮地球挡住了 来自太阳的致命紫外线
让各式各样的生物 在地球表面上生生不息
我们以假色影像呈现了臭氧层
我们可以看到 南极上空的臭氧层
因近年来的污染 而破了一个大洞
还好这个洞已经开始缩小了
迭层石将氧气释入大气层时
不仅保护了地球 也推动了生物的演化
氧气很容易起化学反应
可以支持比细菌更活跃的生物
地球拥有 富含氧气的大气层之后
便成为复杂多元的生物的家
最后人类终于出现了
这一切都是因为20多亿年前 迭层石将氧气释入大气层
世上大概没有比它 影响更为深远的生物了
迭层石改变了我们呼吸的空气
应该说它们制造了 我们呼吸的空气
据我所知没有别的生物 对地球有如此深远的影响
人类连繁殖都受到氧气的影响
由此可见我们对氧气的依赖
这是位于安第斯山区的 阿鲁亚村
这个地区的村庄 是全球地势最高的聚落
很多都超过海拔三千公尺
村民世代在此居住
但是西班牙殖民者来这里时 碰到了一个难题
他们生不出孩子来
妇女接二连三地流产
西班牙女人 过了53年才开始生小孩
问题出在氧气含量不足
新来乍到的西班牙人 和一般人一样
都习惯了海平面含氧量 为21%的空气
但是这里的氧气含量只有一半
本地人已经适应了这样的高度
但是西班牙人却过得惨兮兮
没有人知道 西班牙人是如何克服这个问题的
但也许是因为 和本地人生小孩的关系
但这些高山村庄 逼近人体适应的极限
超过海拔五千公尺 人类就无法繁殖下一代
人类的生存因氧气而受限
生物制造了氧气
但氧气则大幅扩展了 生命的可能性
我们自然会觉得对我们来说 氧气是大气层中最重要的气体
但其他气体对我们的生存 也一样重要
它们的来源极具破坏力
那就是火山
火山喷发时 会释放出大量的重要气体
那就是二氧化碳
数十亿年来
累积在大气层中的二氧化碳 有留住热能的功效
二氧化碳留住了阳光中的热 让地球保持温暖
少了这层二氧化碳
地球的温度 会下降至摄氏零下十度
整个地球都会被冰雪覆盖
多亏有了二氧化碳 和其他温室气体
地球才会生机盎然
但现在人类因为燃烧煤、石油 和天然气等碳基燃料
而排放出大量的二氧化碳
地球有史以来
只要大气层中的 二氧化碳含量改变
整个地球的温度就随之改变
我们已经知道 二氧化碳的含量升高时
会导致更多温室气体的释放
这表示气候可能会快速改变
在西伯利亚可以找到 和此危险现象有关的线索
在全球暖化日益严重的今天 这里掌握了未来气候的关键
这里是世上最偏远 最寒冷的地方之一
温度很少会超过 摄氏零下40度
连土壤都难逃被冻结的命运
但一场气候浩劫很可能 就潜伏在这里的永冻层中
这就是比二氧化碳更强的 温室气体，甲烷
如果永冻层因全球暖化而融化
就有可能释放出大量的甲烷
生态学家凯蒂华特认为 这种现象已经开始出现了
她专门研究西伯利亚的湖泊
冰冻层因为含有死亡的植物 所以有大量的有机碳
位于湖泊底部的 死亡植物溶解后
成为制造甲烷生物的食物
它们摄取死亡植物后释出甲烷
甲烷是这些生物 消化作用的副产品
自湖底沉积物冒出来的甲烷 被困在冰层之中
如果凯蒂说的是真的 冰层中应该充满了甲烷气泡
为了了解问题的严重程度
凯蒂和一名助理 前往冰冻湖泊的中央
他们先挖掉 覆盖在冰层之上的雪
再用保温瓶中的热茶清理冰面
我们可以看到 被困在冰层中的气泡，很漂亮
清澈的冰层中出现了 像硬币般堆在一起的气泡
从下方沉积物中冒出的气泡 在水中冉冉上升
碰到形成中的冰层
所以气泡就这样被冻住了
问题是这些甲烷气泡 不会在冰层中停留太久
冰层在春天融化的时候 气体便会溢出
有一个办法可以测试 气泡中有多少甲烷
因为甲烷极具可燃性
在甲烷冰层上打洞时 会感觉到一股气体冒出来
如果洞够大的话 涌出来的气体会很多
所以点火的话 会出现很大的火焰
这时候要小心 不然会烧到眉毛
到处都能找到这样的气泡
这表示有大量的甲烷 在这里被释出
但其中的含意让人忧心
甲烷导致大气层温度升高 使全球进一步暖化
进而使得更多冰冻层融化
因而生成更多甲烷 造成恶性循环
这里的永冻层就像一颗 等着引爆的定时炸弹
这颗定时炸弹的威力惊人
这片冰封大地的面积 超过950万平方公里
所以比整个美国都大
如果永冻层融解
大气层中的甲烷含量 会增加十倍
这肯定会使全球暖化更加恶化
至于恶化的程度及产生的后果 现在还很难说
现今的大气层 是40亿年演变的结果
在这段期间生物和大气层 建立了相互依存的关系
但如今生物和 大气层间的微妙关系
面临了威胁
人类是第一个 刻意改变大气层的物种
大规模地改变了大气层的组成
这是最接近冰湖的城镇 契尔斯基
这里的居民 大概不反对全球暖化
但是对其他人来说后果严重
对地球来说 大气层温度升高没什么了不起
但对人类来说 却是前所未有的体验
因为大自然中最善变 最无常的力量…
即大气层掌握了 人类是否能永续绵延的关键