維持人類生命的五要素

人類自誕生以來，就在同環(huán)境打交道。大自然無私地獻(xiàn)上陽光、空氣、水和土壤，使人類得以生存、繁衍、發(fā)展。但是，大自然又在不斷地制造災(zāi)害，如地震、火山、冰雹、瘟疫……使人類的生活與健康受到影響。因此可以說，自人類誕生以來的幾十萬年，實(shí)際上就是與環(huán)境打了幾十萬年的交道，而且還得繼續(xù)打下去。社會(huì)要發(fā)展，要前進(jìn)，就必須向環(huán)境索取更多的物質(zhì)，因而改造環(huán)境、利用環(huán)境是人類生存發(fā)展中的一項(xiàng)重要任務(wù)。然而，在社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，也就是人類在向環(huán)境索取更多物質(zhì)的今天，又向環(huán)境排放了許多廢水、廢渣和廢氣，加大了環(huán)境污染。因此只有了解環(huán)境，了解因環(huán)境而產(chǎn)生的各種后果，才能達(dá)到保護(hù)環(huán)境、愛護(hù)環(huán)境的目的，才能尋找到綠色的環(huán)境。

那么，我們身邊的環(huán)境究竟是什么呢？

一、空　氣

空氣有時(shí)也稱大氣，大氣和空氣兩詞并沒有本質(zhì)區(qū)別。我們抬頭仰望，那湛藍(lán)的天穹就是緊緊裹著地球的大氣圈。這層厚厚的大氣圈不僅是人類和各種生物呼吸氧氣的源泉，而且還是太陽紫外線和宇宙射線的天然屏障，它使地球上的生命免遭射線傷害，并能夠安全地生存、繁衍、進(jìn)化。

潔凈的空氣對人體來說，比任何東西都可貴。人需要呼吸新鮮空氣來維持生命。從某種意義上講，空氣比水和食物更重要。一個(gè)人10天不吃飯，5天不飲水可以勉強(qiáng)活下來。但一分鐘不呼吸就會(huì)憋得難以忍受，5分鐘不呼吸就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腦缺氧而變成白癡，或?qū)е滤劳觥？諝膺€是維持人們生活所必需的。人類對空氣的消耗量是巨大的，但它只存在于地球表面至高空的一定范圍之內(nèi)?？諝獾?0％集中在地球上空的對流層中，總重量大約只有6000億萬噸，所以，空氣也絕不是“用之不竭”的東西。所以，保護(hù)大氣不受污染，其實(shí)就是保護(hù)人類生存的基本條件。

空氣不是單一的成分，它是一個(gè)混合體。

在近代以前，人們還不知道大氣是多種氣體的混合物。得到廣泛認(rèn)同的是，大氣是同種物質(zhì)所組成的密度均勻的單質(zhì)。直至17世紀(jì)初，才有一個(gè)名叫范·赫爾蒙特的化學(xué)家首先提出，大氣可能是由許多種化學(xué)性質(zhì)不同的氣體共同組成的，因?yàn)樗麖囊豢馉€水果中得到了一種與大氣不同的氣體。隨后，他的觀點(diǎn)被一名蘇格蘭化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。原來，范·赫爾蒙特得到的就是大名鼎鼎的二氧化碳。這樣一來，證明了以往人類對大氣的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，從而更激發(fā)起人們對大氣成分探索的熱情?？茖W(xué)家們紛紛猜測：是否還有更多的大氣成分沒有被認(rèn)識(shí)？于是，在隨后的一次次探索中，大氣的一個(gè)又一個(gè)成分被人們認(rèn)識(shí)了。

法國化學(xué)家拉瓦錫在18世紀(jì)70年代做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他將封閉容器中的汞進(jìn)行加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原來的汞都變成了紅色，繼續(xù)加熱以后，紅色不再改變，而容器中的氣體卻減少了1／5。拉瓦錫想到，汞的顏色變化一定與氣體的減少有關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)他又得知：在剩余的4／5氣體中，蠟燭不能燃燒，老鼠不能生存。他把被汞消耗的能維持燃燒和生命的那1／5氣體稱作氧氣，剩下的4／5叫做“淡氣”（希臘文的意思是“沒有生命”）。后來“淡氣”又被改稱為“氮?dú)狻薄＿@兩種氣體在18世紀(jì)70年代果然都被科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)。人們最終發(fā)現(xiàn)在空氣中氧氣所占的比率應(yīng)該是20.9％，余下部分的氣體中除了極少量的二氧化碳外，其他都是氮。

還有別的氣體嗎？拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧以后的幾年時(shí)間里，一位名叫卡文迪許的科學(xué)家對氮產(chǎn)生了極大的興趣。氮是不太活潑的氣體，它不太容易和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是，在一定的條件下，它仍然有被迫參與反應(yīng)的可能，卡文迪許設(shè)計(jì)了通過電火花的作用，使氮與氧化合而把氮?dú)庀耐甑膶?shí)驗(yàn)。但卡文迪許的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他的設(shè)計(jì)要求始終不能吻合，不管他怎樣努力，總是有少量的剩余氣體排除不掉，這種氣體占原來的氣體的比率不足1％。于是，卡文迪許便想到，這可能是一種人們還不知道的氣體，它甚至比氮更不活潑。遺憾的是，卡文迪許沒找到答案，與卡文迪許同時(shí)代的其他科學(xué)家也沒有找到答案。

1882年，英國物理學(xué)家瑞利把從空氣中得到的氮?dú)獾拿芏扰c從某些化合物中得到的氮?dú)饷芏认啾容^，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從空氣中得到的氮?dú)獗葟幕衔镏械玫降囊匾恍?。這使他想到，會(huì)不會(huì)有可能從空氣中得到的氮不純，夾雜著微量的還沒有被發(fā)現(xiàn)的其他氣體呢？這個(gè)問題被蘇格蘭化學(xué)家冉賽借助于光譜儀解決了。果然，在空氣中還有一種微量的氣體，瑞利把它稱作“氬”（希臘文的意思是“懶惰”）。

氬幾乎占了空氣中剩余的那1％氣體的全部。但冉賽的實(shí)驗(yàn)告訴人們，還有極微量的氣體成分沒有被發(fā)現(xiàn)。于是瑞利繼續(xù)研究和探索，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了4種比氬更不活潑的氣體，它們是氖、氪、氙、氦。比他晚些時(shí)候的研究人員還發(fā)現(xiàn)了大氣中極少量的氧化亞氮（笑氣）、甲烷、一氧化碳等氣體。

大氣圈也就是包圍著地球的一層很厚的空氣層，它的存在是分層次的。以人類最近向外排開的分別是：對流層、平流層、電離層（中間層）、擴(kuò)散層（熱層）。

與人類關(guān)系最密切的是對流層。它能提供人類生活所必需的氧氣，能調(diào)節(jié)氣候，使氣候適宜生命活動(dòng)。在正常情況下，對流層內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)也有利于大氣污染的擴(kuò)散和自凈。平流層空氣稀薄，氣流穩(wěn)定。在平流層中，由于太陽紫外線的作用，使氧氣分子分解成氧原子，再合成臭氧，形成臭氧層。臭氧層能吸收對生物殺傷力極強(qiáng)的短波紫外線和宇宙射線，使地球上的生物不受這些射線的損害。

同時(shí)，空氣在對流層里經(jīng)常發(fā)生垂直方向的對流，熱的向上升，冷的向下降。對流層位于大氣的最下一層，空氣在這里經(jīng)常發(fā)生垂直方向的對流，較熱的空氣向上升，而較冷的空氣往下降。對流層的厚度大約為8～18千米，它的高度變化與緯度存在密切的聯(lián)系，一般是熱帶地區(qū)對流層較厚而寒帶地區(qū)較薄。在對流層中，每升高1千米，氣溫降低6.5C左右，所以在對流層的頂部，它的溫度約為－50℃。由于大氣中的水汽幾乎全部集中在對流層中，故此，我們常見到的刮風(fēng)下雨現(xiàn)象都發(fā)生在對流層內(nèi)。

平流層位于對流層的上面，一直延伸到離地面50～60千米的高空?？諝庠谶@一層里主要沿水平方向移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)可達(dá)到很快的速度，平流層的名稱就此而來。

平流層之上是中間層，中間層之上便是熱成層，熱成層的特點(diǎn)是溫度極高，約在900℃～1200℃。熱成層的上方即是外大氣層。

二、陽　光

太陽可以影響人的膚色。在日常生活中，由于參加農(nóng)業(yè)勞動(dòng)等原因，較長時(shí)間地曝曬于強(qiáng)烈的陽光下，受陽光照射的臉部、手臂等處的皮膚，就會(huì)變黑。減弱了陽光照射后，過一段時(shí)間，皮膚又會(huì)恢復(fù)到原來較淺的顏色。為什么曬太陽會(huì)使人皮膚變黑？原來，在人皮膚的深層，有一些黑色素細(xì)胞，能產(chǎn)生酪氨酸，酪氨酸又可變成黑色素。黑色素含量的多少?zèng)Q定著皮膚顏色的深淺。而日光中的紫外線，可以加速和促進(jìn)酪氨酸變?yōu)楹谏剡@一化學(xué)反應(yīng)過程，因而使常受日光照射的皮膚黑色素增加，皮膚顏色就變得黑些。我們常見一些皮膚顏色較深的人，在日光照射后容易變得更黑；而原來皮膚顏色較白的人，不容易變黑。這是因?yàn)槟w色較深的人，黑色素細(xì)胞和黑色素的生成過程比較旺盛，比較活躍；而皮膚顏色較白的人，則相反。

太陽能夠影響身高。日照時(shí)間的長短，對身高也有影響。日照時(shí)間越長，對身高發(fā)育越有利。下面的數(shù)字不難說明這個(gè)問題。北京年日照時(shí)數(shù)為2778.7小時(shí)，身高發(fā)育正常；武漢年日照時(shí)數(shù)為2085.3小時(shí)，身高發(fā)育次之；廣州日照為1945.3小時(shí)，身高發(fā)育又次之；而成都則地處盆地，霧多，年日照時(shí)數(shù)少，僅為1239.3小時(shí)，所以身高發(fā)育更次之。為什么日照時(shí)間長短會(huì)影響身高呢？因?yàn)?，日光中的紫外線能使人體皮膚內(nèi)的膽固醇變成維生素D，成為人體內(nèi)所需維生素D的主要來源。維生素D是骨骼吸收和富集鈣的前提，有促進(jìn)骨鈣化和長粗加高的作用。因此，日照長短，直接影響人的身高。所以，經(jīng)常參加室外活動(dòng)，多曬太陽的人，比那些整日不出門、不見太陽的人，身體相對地會(huì)長得更高一些。當(dāng)然，這只是影響身高的一個(gè)因素，人的實(shí)際身高是由多方面因素決定的。

植物也離不開太陽。綠色植物光合作用離不開陽光，植物在光的作用下，把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，無機(jī)物轉(zhuǎn)變成為有機(jī)物的過程，稱為“光合作用”。有了光合作用，才有了植物和動(dòng)物。同時(shí)，綠色植物還能通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，釋放氧氣，也能吸收各種有害氣體。

太陽光是地球上萬物賴以生存的能量源泉，不但人類和綠色植物離不開陽光，而且直接或間接地以植物為食物的生物的能量也來源于太陽。地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)使地球表面接受太陽光照狀況發(fā)生著周期性的變化，例如四季變化和日夜更替。這些變化又影響著生物節(jié)律變化，即生物活動(dòng)出現(xiàn)光周期性。日照時(shí)間的長短控制著植物生長和動(dòng)物活動(dòng)的規(guī)律。植物的生長成熟受日照影響，動(dòng)物由于季節(jié)性變化，也出現(xiàn)一些周期性現(xiàn)象，如動(dòng)物的繁殖周期、鳥類的遷移、魚類的洄游和產(chǎn)卵等。人類也直接受陽光變化的影響，如人們情緒、體力和智力的變化、婦女月經(jīng)周期等，生物學(xué)家們稱這種變化為人體生物鐘，每個(gè)人都有自己特定的生物鐘，它控制著人們體力周期、智力周期和情緒周期。優(yōu)生學(xué)上認(rèn)為，如果一對育齡夫婦三個(gè)周期都處于最高峰時(shí)，此時(shí)懷孕最有可能生下健康和智商高的寶寶。

三、水

生命起源于水。傳說在生命誕生前地球呈熔融狀態(tài)，熾熱的高溫使水全部化為蒸氣，變成包圍地球的云層，在云層之下，地球溫度慢慢下降，云中的蒸氣開始變成水而降雨，大雨連續(xù)下了幾千年，填滿了所有裂縫和鴻溝，淹沒了洼地，誕生了海洋。有了水，地球才進(jìn)入了生命發(fā)展階段。

水是一切生物有機(jī)體的重要組成部分，并參與人體生命活動(dòng)的所有過程。一個(gè)成年人體內(nèi)的含水量大約占體重的60％，嬰幼兒體內(nèi)的含水量為體重的70％～80％。其他各種生命也都離不開水，蔬菜和水果含水分大約90％，魚身體內(nèi)的水占其體重的80％。據(jù)天文學(xué)家的探測，在太陽系中有許多類似于地球的行星，可是這些星球上沒有生命存在。為什么呢？主要原因就是缺水。

地球上有多少水？地球表面71％的面積覆蓋著水，總共大約有水13.85億立方公里。相反，在太陽系中，至今還沒有發(fā)現(xiàn)除地球以外哪個(gè)星球上有水，更不要說有地球上那么多的水了。號(hào)稱“水星”的太陽系行星，其實(shí)一滴水也沒有。地球上的水若全部鋪在地球表面上能有2.7米厚。

海洋是地球水的主體，大約有13.4億立方公里，集中了地球表面水的97.3％以上，世界上有四大洋——太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋，還有大的海和灣54個(gè)。

地球陸地上縱橫交錯(cuò)的大小河流數(shù)也數(shù)不清。星羅棋布的湖泊，看不見的地底下，都蘊(yùn)藏著大量的水。地球上不僅有液態(tài)水。還有在高山上和南北極堆積著厚厚的冰雪——固態(tài)水；空氣中含有大量的水蒸氣，這是氣態(tài)水?？梢?，地球表面，上至天空，下至巖層，到處都有水的行蹤。

正因?yàn)榈厍蛏嫌泻芏嗨厍虿拍莛B(yǎng)育多種生物，包括人在內(nèi)。水是生命之源，千真萬確。

四、土　地

人們經(jīng)常使用“土地”和“土壤”這兩個(gè)概念，其實(shí)，這兩個(gè)概念本質(zhì)是一個(gè)，只不過分別具有一定的特指含義罷了。常說的土地，就是可以用來耕種農(nóng)作物的地球外表的某一塊面積，而土壤則是土地的物質(zhì)性特指。什么是土壤？原來，地球表面均是巖石，巖石風(fēng)化之后才變成了土壤，植物從土壤里吸取各種營養(yǎng)和水分，在陽光下進(jìn)行光合作用，為人類和動(dòng)物提供食物。

然而，人類生于斯、長于斯的地球上究竟有多少土地呢？

在地球上，陸地面積有14 800萬平方公里，其中近1400萬平方公里被冰雪覆蓋著，所以，實(shí)際上受人類支配的土地大約只有13 400萬平方公里。在這當(dāng)中，耕地約占10.8％，草原和牧地約占2.3％，林地約占30.1％。

人口增長造成城市膨脹，建筑物增加，這也要損失大量土地。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上大城市的面積正以高出人口增長率兩倍的速度在擴(kuò)大。在20世紀(jì)的后1／4時(shí)間內(nèi)，全球新增的建筑面積約是原有建筑物的兩倍半。未來城市的發(fā)展，僅人類居住一項(xiàng)，世界每年要失去14萬平方公里的耕地，6萬平方公里的牧場，18萬平方公里的森林。顯然，對破壞土地的行為如不加以有效制止，按人口計(jì)算的農(nóng)田面積將大幅度減少，這是對人類食物來源的巨大威脅。

中國的人均耕地面積本來就少，由于人口增長過快，比世界人均耕地就更少了。20世紀(jì)50年代初人均耕地0.001 8平方公里，80年代為0.001平方公里，到2000年將降至0.000 8平方公里；50年代平均每0.01平方公里耕地養(yǎng)活5.5人，80年代是9.8人，到2000年要養(yǎng)活12人。中國耕地面積減少的速度非?？?，在1957－1980年的23年間，由于基本建設(shè)、房屋建設(shè)等原因，占掉的耕地約有33萬多平方公里，平均每年減少約1.33萬平方公里，即便加上這23年開荒增補(bǔ)的21萬平方公里，還凈減12萬平方公里，相當(dāng)于一個(gè)福建省的面積。

中國有沙漠、戈壁、風(fēng)沙化土地133.3萬平方公里，占國土面積的13.9％，超過耕地面積的總和，有將近1／3的國土面積受到風(fēng)沙威脅，每年因風(fēng)沙危害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)45億元人民幣。更讓專家們憂慮的是，治沙速度趕不上沙化速度，土地沙漠化繼續(xù)擴(kuò)大。20世紀(jì)50年代至70年代，中國土地沙漠化面積每年有1560平方公里，80年代增到2100平方公里，90年代的土地沙漠化可能更為嚴(yán)重。許多歷史上曾是豐美的草原或干草原已沙漠化，致使“沙進(jìn)人退”。造成這種局面，自然因素占5％，人為因素占95％，主要是長期超載放牧、盲目墾荒、水資源利用不當(dāng)和采礦及交通破壞等。

總之，正如美國巴爾尼博士說的那樣：空氣和水的污染固然十分重要，但第一位的問題是水土流失，原因是土地是人類賴以生存的基礎(chǔ)，只有土地才能滿足人類的最基本需要。土壤的形成是非常緩慢的，一旦流失，巖石裸露，很難恢復(fù)。從全世界看，城市人口占少數(shù)，農(nóng)村人口占多數(shù)，對發(fā)展中國家來說尤其如此，保護(hù)上壤就更重要了。保護(hù)土地資源，本質(zhì)上是保護(hù)人類生存環(huán)境的問題。它不僅關(guān)系到我們這一代，而且還關(guān)系到我們下一代，是人類前途攸關(guān)的戰(zhàn)略問題。是自毀家園，還是重建地球，決策者便是人類自己。

五、食　物

常言說：大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃污泥。這句話中就包含了一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的“食物鏈”關(guān)系。

在整個(gè)大自然中，不論是植物還是動(dòng)物，為了其自身生存，都在納入自己需要的賴以生存的“食物”。那么人在自然中都納入什么？在食物鏈上處在什么樣的位置上？

首先，我們必須知道人以外的一些生命體維持生命的存在方式。

自養(yǎng)型生物。所謂自養(yǎng)型生物，主要指植物。就是靠太陽能及光合作用，產(chǎn)生了維持自己存在的能量。同時(shí)，這種自養(yǎng)型生物又成為地球上包括人類在內(nèi)的所有其他生物最基本的食物來源。

異養(yǎng)型生物。是指那些以生產(chǎn)者的有機(jī)體為食，自己不能直接從環(huán)境中獲取能量（太陽能）的生物。動(dòng)物世界千姿百態(tài)，品性也各有千秋。由于它們都是依賴生產(chǎn)者的生產(chǎn)而生存，因而又稱消費(fèi)者。動(dòng)物對食物的選擇各不相同，既有較溫和的，以植物枝葉果實(shí)種子為生的食草動(dòng)物，如陸地上的牛、羊、馬、兔、蝗蟲等，以及水中的螺螄、蝦等，又有以其他動(dòng)物為食的食肉動(dòng)物，如獅子、老虎、狼等。食肉動(dòng)物社會(huì)是一個(gè)殘酷的“弱肉強(qiáng)食”世界，其中有以食草動(dòng)物為食的二級(jí)消費(fèi)者，還有更兇猛的三級(jí)、四級(jí)……消費(fèi)者動(dòng)物，等級(jí)越靠后的動(dòng)物一般也就越兇猛，比如虎、獅、鯊魚等。此外還有一些“來者不拒”、“饑不擇食”的動(dòng)物，它們既吃植物果實(shí)或枝葉，也吃動(dòng)物的肉體，比如熊就是一個(gè)典型例子，這類動(dòng)物我們稱為兼食性動(dòng)物。

其次，人類是一種特殊的營養(yǎng)級(jí)。

食物鏈中的每個(gè)環(huán)節(jié)叫營養(yǎng)級(jí)。捕食某營養(yǎng)級(jí)生物的就屬于更高一級(jí)的營養(yǎng)級(jí)。

人作為一種高級(jí)生物，他既可以消費(fèi)綠色植物，也可以消費(fèi)食草的動(dòng)物和食肉動(dòng)物。因此，在這個(gè)食物鏈上，人是一個(gè)特殊的營養(yǎng)級(jí)，然而，當(dāng)這個(gè)食物鏈發(fā)生故障時(shí)，如變種、變異、滅絕等，對人類的生存也有巨大影響。