维持人类生命的五要素

维持人类生命的五要素

人类自诞生以来，就在同环境打交道。大自然无私地献上阳光、空气、水和土壤，使人类得以生存、繁衍、发展。但是，大自然又在不断地制造灾害，如地震、火山、冰雹、瘟疫……使人类的生活与健康受到影响。因此可以说，自人类诞生以来的几十万年，实际上就是与环境打了几十万年的交道，而且还得继续打下去。社会要发展，要前进，就必须向环境索取更多的物质，因而改造环境、利用环境是人类生存发展中的一项重要任务。然而，在社会生产和科学技术迅速发展的今天，也就是人类在向环境索取更多物质的今天，又向环境排放了许多废水、废渣和废气，加大了环境污染。因此只有了解环境，了解因环境而产生的各种后果，才能达到保护环境、爱护环境的目的，才能寻找到绿色的环境。

那么，我们身边的环境究竟是什么呢？

一、空　气

空气有时也称大气，大气和空气两词并没有本质区别。我们抬头仰望，那湛蓝的天穹就是紧紧裹着地球的大气圈。这层厚厚的大气圈不仅是人类和各种生物呼吸氧气的源泉，而且还是太阳紫外线和宇宙射线的天然屏障，它使地球上的生命免遭射线伤害，并能够安全地生存、繁衍、进化。

洁净的空气对人体来说，比任何东西都可贵。人需要呼吸新鲜空气来维持生命。从某种意义上讲，空气比水和食物更重要。一个人10天不吃饭，5天不饮水可以勉强活下来。但一分钟不呼吸就会憋得难以忍受，5分钟不呼吸就会导致严重的脑缺氧而变成白痴，或导致死亡。空气还是维持人们生活所必需的。人类对空气的消耗量是巨大的，但它只存在于地球表面至高空的一定范围之内。空气的80％集中在地球上空的对流层中，总重量大约只有6000亿万吨，所以，空气也绝不是“用之不竭”的东西。所以，保护大气不受污染，其实就是保护人类生存的基本条件。

空气不是单一的成分，它是一个混合体。

在近代以前，人们还不知道大气是多种气体的混合物。得到广泛认同的是，大气是同种物质所组成的密度均匀的单质。直至17世纪初，才有一个名叫范·赫尔蒙特的化学家首先提出，大气可能是由许多种化学性质不同的气体共同组成的，因为他从一筐烂水果中得到了一种与大气不同的气体。随后，他的观点被一名苏格兰化学家的实验所证实。原来，范·赫尔蒙特得到的就是大名鼎鼎的二氧化碳。这样一来，证明了以往人类对大气的认识是错误的，从而更激发起人们对大气成分探索的热情。科学家们纷纷猜测：是否还有更多的大气成分没有被认识？于是，在随后的一次次探索中，大气的一个又一个成分被人们认识了。

法国化学家拉瓦锡在18世纪70年代做了一个实验。他将封闭容器中的汞进行加热，结果发现原来的汞都变成了红色，继续加热以后，红色不再改变，而容器中的气体却减少了1／5。拉瓦锡想到，汞的颜色变化一定与气体的减少有关系。通过实验他又得知：在剩余的4／5气体中，蜡烛不能燃烧，老鼠不能生存。他把被汞消耗的能维持燃烧和生命的那1／5气体称作氧气，剩下的4／5叫做“淡气”（希腊文的意思是“没有生命”）。后来“淡气”又被改称为“氮气”。这两种气体在18世纪70年代果然都被科学家相继发现。人们最终发现在空气中氧气所占的比率应该是20.9％，余下部分的气体中除了极少量的二氧化碳外，其他都是氮。

还有别的气体吗？拉瓦锡发现氧以后的几年时间里，一位名叫卡文迪许的科学家对氮产生了极大的兴趣。氮是不太活泼的气体，它不太容易和其他物质发生化学反应。但是，在一定的条件下，它仍然有被迫参与反应的可能，卡文迪许设计了通过电火花的作用，使氮与氧化合而把氮气消耗完的实验。但卡文迪许的实验结果与他的设计要求始终不能吻合，不管他怎样努力，总是有少量的剩余气体排除不掉，这种气体占原来的气体的比率不足1％。于是，卡文迪许便想到，这可能是一种人们还不知道的气体，它甚至比氮更不活泼。遗憾的是，卡文迪许没找到答案，与卡文迪许同时代的其他科学家也没有找到答案。

1882年，英国物理学家瑞利把从空气中得到的氮气的密度与从某些化合物中得到的氮气密度相比较，结果发现，从空气中得到的氮气比从化合物中得到的要重一些。这使他想到，会不会有可能从空气中得到的氮不纯，夹杂着微量的还没有被发现的其他气体呢？这个问题被苏格兰化学家冉赛借助于光谱仪解决了。果然，在空气中还有一种微量的气体，瑞利把它称作“氩”（希腊文的意思是“懒惰”）。

氩几乎占了空气中剩余的那1％气体的全部。但冉赛的实验告诉人们，还有极微量的气体成分没有被发现。于是瑞利继续研究和探索，进一步发现了4种比氩更不活泼的气体，它们是氖、氪、氙、氦。比他晚些时候的研究人员还发现了大气中极少量的氧化亚氮（笑气）、甲烷、一氧化碳等气体。

大气圈也就是包围着地球的一层很厚的空气层，它的存在是分层次的。以人类最近向外排开的分别是：对流层、平流层、电离层（中间层）、扩散层（热层）。

与人类关系最密切的是对流层。它能提供人类生活所必需的氧气，能调节气候，使气候适宜生命活动。在正常情况下，对流层内气流的运动也有利于大气污染的扩散和自净。平流层空气稀薄，气流稳定。在平流层中，由于太阳紫外线的作用，使氧气分子分解成氧原子，再合成臭氧，形成臭氧层。臭氧层能吸收对生物杀伤力极强的短波紫外线和宇宙射线，使地球上的生物不受这些射线的损害。

同时，空气在对流层里经常发生垂直方向的对流，热的向上升，冷的向下降。对流层位于大气的最下一层，空气在这里经常发生垂直方向的对流，较热的空气向上升，而较冷的空气往下降。对流层的厚度大约为8～18千米，它的高度变化与纬度存在密切的联系，一般是热带地区对流层较厚而寒带地区较薄。在对流层中，每升高1千米，气温降低6.5C左右，所以在对流层的顶部，它的温度约为－50℃。由于大气中的水汽几乎全部集中在对流层中，故此，我们常见到的刮风下雨现象都发生在对流层内。

平流层位于对流层的上面，一直延伸到离地面50～60千米的高空。空气在这一层里主要沿水平方向移动，移动时可达到很快的速度，平流层的名称就此而来。

平流层之上是中间层，中间层之上便是热成层，热成层的特点是温度极高，约在900℃～1200℃。热成层的上方即是外大气层。

二、阳　光

太阳可以影响人的肤色。在日常生活中，由于参加农业劳动等原因，较长时间地曝晒于强烈的阳光下，受阳光照射的脸部、手臂等处的皮肤，就会变黑。减弱了阳光照射后，过一段时间，皮肤又会恢复到原来较浅的颜色。为什么晒太阳会使人皮肤变黑？原来，在人皮肤的深层，有一些黑色素细胞，能产生酪氨酸，酪氨酸又可变成黑色素。黑色素含量的多少决定着皮肤颜色的深浅。而日光中的紫外线，可以加速和促进酪氨酸变为黑色素这一化学反应过程，因而使常受日光照射的皮肤黑色素增加，皮肤颜色就变得黑些。我们常见一些皮肤颜色较深的人，在日光照射后容易变得更黑；而原来皮肤颜色较白的人，不容易变黑。这是因为肤色较深的人，黑色素细胞和黑色素的生成过程比较旺盛，比较活跃；而皮肤颜色较白的人，则相反。

太阳能够影响身高。日照时间的长短，对身高也有影响。日照时间越长，对身高发育越有利。下面的数字不难说明这个问题。北京年日照时数为2778.7小时，身高发育正常；武汉年日照时数为2085.3小时，身高发育次之；广州日照为1945.3小时，身高发育又次之；而成都则地处盆地，雾多，年日照时数少，仅为1239.3小时，所以身高发育更次之。为什么日照时间长短会影响身高呢？因为，日光中的紫外线能使人体皮肤内的胆固醇变成维生素D，成为人体内所需维生素D的主要来源。维生素D是骨骼吸收和富集钙的前提，有促进骨钙化和长粗加高的作用。因此，日照长短，直接影响人的身高。所以，经常参加室外活动，多晒太阳的人，比那些整日不出门、不见太阳的人，身体相对地会长得更高一些。当然，这只是影响身高的一个因素，人的实际身高是由多方面因素决定的。

植物也离不开太阳。绿色植物光合作用离不开阳光，植物在光的作用下，把太阳能转变为化学能，无机物转变成为有机物的过程，称为“光合作用”。有了光合作用，才有了植物和动物。同时，绿色植物还能通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，释放氧气，也能吸收各种有害气体。

太阳光是地球上万物赖以生存的能量源泉，不但人类和绿色植物离不开阳光，而且直接或间接地以植物为食物的生物的能量也来源于太阳。地球的公转和自转使地球表面接受太阳光照状况发生着周期性的变化，例如四季变化和日夜更替。这些变化又影响着生物节律变化，即生物活动出现光周期性。日照时间的长短控制着植物生长和动物活动的规律。植物的生长成熟受日照影响，动物由于季节性变化，也出现一些周期性现象，如动物的繁殖周期、鸟类的迁移、鱼类的洄游和产卵等。人类也直接受阳光变化的影响，如人们情绪、体力和智力的变化、妇女月经周期等，生物学家们称这种变化为人体生物钟，每个人都有自己特定的生物钟，它控制着人们体力周期、智力周期和情绪周期。优生学上认为，如果一对育龄夫妇三个周期都处于最高峰时，此时怀孕最有可能生下健康和智商高的宝宝。

三、水

生命起源于水。传说在生命诞生前地球呈熔融状态，炽热的高温使水全部化为蒸气，变成包围地球的云层，在云层之下，地球温度慢慢下降，云中的蒸气开始变成水而降雨，大雨连续下了几千年，填满了所有裂缝和鸿沟，淹没了洼地，诞生了海洋。有了水，地球才进入了生命发展阶段。

水是一切生物有机体的重要组成部分，并参与人体生命活动的所有过程。一个成年人体内的含水量大约占体重的60％，婴幼儿体内的含水量为体重的70％～80％。其他各种生命也都离不开水，蔬菜和水果含水分大约90％，鱼身体内的水占其体重的80％。据天文学家的探测，在太阳系中有许多类似于地球的行星，可是这些星球上没有生命存在。为什么呢？主要原因就是缺水。

地球上有多少水？地球表面71％的面积覆盖着水，总共大约有水13.85亿立方公里。相反，在太阳系中，至今还没有发现除地球以外哪个星球上有水，更不要说有地球上那么多的水了。号称“水星”的太阳系行星，其实一滴水也没有。地球上的水若全部铺在地球表面上能有2.7米厚。

海洋是地球水的主体，大约有13.4亿立方公里，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，还有大的海和湾54个。

地球陆地上纵横交错的大小河流数也数不清。星罗棋布的湖泊，看不见的地底下，都蕴藏着大量的水。地球上不仅有液态水。还有在高山上和南北极堆积着厚厚的冰雪——固态水；空气中含有大量的水蒸气，这是气态水。可见，地球表面，上至天空，下至岩层，到处都有水的行踪。

正因为地球上有很多水，地球才能养育多种生物，包括人在内。水是生命之源，千真万确。

四、土　地

人们经常使用“土地”和“土壤”这两个概念，其实，这两个概念本质是一个，只不过分别具有一定的特指含义罢了。常说的土地，就是可以用来耕种农作物的地球外表的某一块面积，而土壤则是土地的物质性特指。什么是土壤？原来，地球表面均是岩石，岩石风化之后才变成了土壤，植物从土壤里吸取各种营养和水分，在阳光下进行光合作用，为人类和动物提供食物。

然而，人类生于斯、长于斯的地球上究竟有多少土地呢？

在地球上，陆地面积有14 800万平方公里，其中近1400万平方公里被冰雪覆盖着，所以，实际上受人类支配的土地大约只有13 400万平方公里。在这当中，耕地约占10.8％，草原和牧地约占2.3％，林地约占30.1％。

人口增长造成城市膨胀，建筑物增加，这也要损失大量土地。据统计，世界上大城市的面积正以高出人口增长率两倍的速度在扩大。在20世纪的后1／4时间内，全球新增的建筑面积约是原有建筑物的两倍半。未来城市的发展，仅人类居住一项，世界每年要失去14万平方公里的耕地，6万平方公里的牧场，18万平方公里的森林。显然，对破坏土地的行为如不加以有效制止，按人口计算的农田面积将大幅度减少，这是对人类食物来源的巨大威胁。

中国的人均耕地面积本来就少，由于人口增长过快，比世界人均耕地就更少了。20世纪50年代初人均耕地0.001 8平方公里，80年代为0.001平方公里，到2000年将降至0.000 8平方公里；50年代平均每0.01平方公里耕地养活5.5人，80年代是9.8人，到2000年要养活12人。中国耕地面积减少的速度非常快，在1957－1980年的23年间，由于基本建设、房屋建设等原因，占掉的耕地约有33万多平方公里，平均每年减少约1.33万平方公里，即便加上这23年开荒增补的21万平方公里，还净减12万平方公里，相当于一个福建省的面积。

中国有沙漠、戈壁、风沙化土地133.3万平方公里，占国土面积的13.9％，超过耕地面积的总和，有将近1／3的国土面积受到风沙威胁，每年因风沙危害造成的直接经济损失高达45亿元人民币。更让专家们忧虑的是，治沙速度赶不上沙化速度，土地沙漠化继续扩大。20世纪50年代至70年代，中国土地沙漠化面积每年有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为严重。许多历史上曾是丰美的草原或干草原已沙漠化，致使“沙进人退”。造成这种局面，自然因素占5％，人为因素占95％，主要是长期超载放牧、盲目垦荒、水资源利用不当和采矿及交通破坏等。

总之，正如美国巴尔尼博士说的那样：空气和水的污染固然十分重要，但第一位的问题是水土流失，原因是土地是人类赖以生存的基础，只有土地才能满足人类的最基本需要。土壤的形成是非常缓慢的，一旦流失，岩石裸露，很难恢复。从全世界看，城市人口占少数，农村人口占多数，对发展中国家来说尤其如此，保护上壤就更重要了。保护土地资源，本质上是保护人类生存环境的问题。它不仅关系到我们这一代，而且还关系到我们下一代，是人类前途攸关的战略问题。是自毁家园，还是重建地球，决策者便是人类自己。

五、食　物

常言说：大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃污泥。这句话中就包含了一个环环相扣的“食物链”关系。

在整个大自然中，不论是植物还是动物，为了其自身生存，都在纳入自己需要的赖以生存的“食物”。那么人在自然中都纳入什么？在食物链上处在什么样的位置上？

首先，我们必须知道人以外的一些生命体维持生命的存在方式。

自养型生物。所谓自养型生物，主要指植物。就是靠太阳能及光合作用，产生了维持自己存在的能量。同时，这种自养型生物又成为地球上包括人类在内的所有其他生物最基本的食物来源。

异养型生物。是指那些以生产者的有机体为食，自己不能直接从环境中获取能量（太阳能）的生物。动物世界千姿百态，品性也各有千秋。由于它们都是依赖生产者的生产而生存，因而又称消费者。动物对食物的选择各不相同，既有较温和的，以植物枝叶果实种子为生的食草动物，如陆地上的牛、羊、马、兔、蝗虫等，以及水中的螺蛳、虾等，又有以其他动物为食的食肉动物，如狮子、老虎、狼等。食肉动物社会是一个残酷的“弱肉强食”世界，其中有以食草动物为食的二级消费者，还有更凶猛的三级、四级……消费者动物，等级越靠后的动物一般也就越凶猛，比如虎、狮、鲨鱼等。此外还有一些“来者不拒”、“饥不择食”的动物，它们既吃植物果实或枝叶，也吃动物的肉体，比如熊就是一个典型例子，这类动物我们称为兼食性动物。

其次，人类是一种特殊的营养级。

食物链中的每个环节叫营养级。捕食某营养级生物的就属于更高一级的营养级。

人作为一种高级生物，他既可以消费绿色植物，也可以消费食草的动物和食肉动物。因此，在这个食物链上，人是一个特殊的营养级，然而，当这个食物链发生故障时，如变种、变异、灭绝等，对人类的生存也有巨大影响。