Unit1：Airfittobreathe.docVIP

Unit 1： 适宜呼吸的大气 设想一下，有一天发明了功能格外强大的天文仪器，可以让我们观察那些（surely 确实地）围绕其它星球旋转的行星，并且观察其大气的组成。我们会偶遇一个有着和地球相似大气层的星球吗？除了该星球有生命进化现象的推断，其它我们几乎什么也做不了。可能不仅仅是进化，但最肯定的也就是进化了。（Not could evolve, but most definitely had. ）。对于任何可能观察到地球大气层的智慧生物来说，我们的大气层就是宣告我们人类存在的一个标志。 论断的依据在于：与太阳系中其它星球不同，地球的大气层是处在一个极端的化学不平衡状态。在某种意义（程度）上，它就好象是一个处于一种极不平衡的状态的巨大烧杯中的多种化合物的混合物，事实上，更像前面章节我们所遇到的那些化学体系。是什么阻碍了大气层远离化学平衡？其根源在于太阳的能量，及地球内部的热量，但是把这些能量转入化学不平衡体系的主要因素是生命自身。 这就是说把我们的大气层看成可以奇迹般的适应于我们人类需要的观点可能是非常错误的。这与大气层适应于生活在其当中或下面的生物体的情况是不一致的，对于生命的进化和大气组成的现状并不是相互孤立的过程。 大约46亿年前，刚形成的地球是一个由冷凝的熔化岩浆所构成的球体，除原始气体星云外（out of a primordial gaseous nebula.），与之共存的还有太阳和其它星体（来自原始气体星云的）。在这个熔融的地球的体内，化学元素开始析出。大多数行星是由铁、它沉积（和少量镍一起）形成金属核，留下由大量镁、硅、氧、及一些剩余的铁、铝、钠、钾和钙组成的熔融岩石的残渣。地球的化学分异作用与从铁矿石中提取铁的铁矿石熔炉中所发生的过程是相似的。 大约在39亿年前，大多数这些行星的热量都辐射到外部空间了，其表面冷却足以固化形成一层薄的岩石外壳。现在两种进程促使了大气圈的形成。地壳下的熔融岩石含有许多溶解的气体，如水蒸气、甲烷碳的氧化物、氮气及氖。这些气体通过火山爆发穿透地壳从岩浆中释放出来，这一进程称为脱气；同时，行星形成时遗留在太阳系中的零散的星体偶尔与地球发生冲撞，释放出可观数量的挥发性气体。有人推断现在地球上85%的水是由地外星体的碰撞所引入。 大约在38亿年前，地球表面的温度降到100摄氏度以下，这使大气中的水蒸气能够被凝结成液体。设想接下来的暴风雨是非常困难的：想象一下，如果你可以的话，海洋的全部质量从太空中落下，形成持续可能10万年的洪水泛滥。随着海洋的出现，在水中溶解的来自于大气的如氯化氢、二氧化硫、二氧化碳的气体也达到了足以产生影响的程度，他们（水中溶解的气体物质）与矿物质反应可能就会沉淀出一些如碳酸盐和硫酸盐形式的不溶盐。 在太阳星云中非常丰富的轻质气体如氢气、氦气和氖气，由于太轻以致于不能被地球的引力所束缚，所以它们只是上升穿越大气层，蒸发到外层空间了。遗留在早期大气中的气体是如甲烷、水蒸气、氮氧化物(N2O)和一氧化碳。就是在这样的天空下，生命出现了。 值得注意的是生命的复杂化学体系可能就是从这些原材料、在大约3亿年的进程中形成的。也许（yet）这就是1983年由S.M.Awramik和其同事在西澳大利亚所发现的35亿年前的含有已经化石化的细菌痕迹的岩石的意义（寓意）所在。这些生物体呈现出与有些今天依然存在的非常原始的物种的相似性，如蓝绿藻或蓝藻细菌。 但是尽管大多数今天的藻类通过光合作用来分解水分子获得它们所需能量，最早的有机体的新陈代谢可能涉及更多原始的化学反应，如象原始细菌、现今依然存在的生命最原始形态所利用的反应。有些这样的生物体可分解有机分子如乙酸，释放出能量并在这一过程中形成二氧化碳和甲烷；有些生物体则可把二氧化碳转化成甲烷或把硫酸根离子转化为硫化氢。 这些丰富的细菌在无氧的天空下生活的相当心满意足（quite content）；事实上，氧气对它们是有毒的。但是我们必须要假定有一天某种细菌会发现它们周围的物质----水，当它被分解时、其本身( itself )就可以提供充裕的能量资源。这是一种意义深远的反社会习性，因为这一习性产生的副产物是有毒的气体—氧气。Lynn Margulis，一位哈佛大学的微生物学家，把这种可进行光合作用的生物体的出现描述为宣告全球性污染危机的到来，如此巨大的危机使当今的工业排放与其相比起来就不值得一提。生命的进化造成的大气层的变化是超乎想象的。 对于这次真正掌控这个星球的危机的时间还有些争论，但大多数研究者现在把它定位于19~20亿年前。氧气的生成最终占有了绝对的优势，大概是因为利用光合作用为能量来源的益处如此巨大，使得具有这一能力的细菌轻易地占有了统治地位，直到全世界都洋溢者从藻类菌落释放出的氧气。这一污染行为不可避免地导致了许多微生物种群的灭绝，