與水,、風(fēng)、土,、火這些經(jīng)典物質(zhì)要素相比,，我們?nèi)祟愒诟蟪潭壬鲜强諝獾漠a(chǎn)物。我們總是和大氣保持著親密的接觸——或沉浸其中,，或?yàn)榱嘶钕氯ザ罂趯⑺塍w內(nèi),，或受到其喜怒無常的天氣的支配,。盡管兩者間的關(guān)系如此密切，可大氣還是向我們保守了很多秘密,。從詭異陰森之光到預(yù)示兇兆的熾熱,，從太空邊緣泛著微光的縷縷冰柱到看不見的隱形潮汐，孕育這一切的策源地正是空氣,。甚至在高空的云端里,，也潛伏著大嚼化學(xué)物質(zhì)并因此而影響天氣的生命。那么,，在浩瀚無垠的天空里到底隱藏著什么秘密呢,？
　　
不可思議的云層風(fēng)景
　　冰和云的微水滴需要有催化種子才會(huì)開始生長。它們可以是礦物質(zhì)顆?；蛘呱踔潦羌?xì)菌,，有些研究人員暗示，宇宙射線可能參與了這一過程,。他們聲稱,，當(dāng)更多來自太空的這些高能粒子碰撞大氣時(shí)就會(huì)形成更多的云層，其結(jié)果將對(duì)我們的氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,。位于瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究中心（CERN）去年進(jìn)行的一次實(shí)驗(yàn)提出報(bào)告稱,，宇宙射線能幫助大氣化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌?xì)的塵霧。這一結(jié)果使理論倡導(dǎo)者備受鼓舞,，雖然塵霧顆?？此萍?xì)微得難以成為冰晶的種子。
　　不過,，關(guān)于云的謎團(tuán)有些已在最近被解開,，其中包括航空器是如何在云層里勉力鉆開寬50千米的洞孔的。飛機(jī)在空中通過時(shí)照例會(huì)激發(fā)冰晶的生成,，由此釋放出潛熱并掀起呈環(huán)狀的暖空氣而將向外翻滾的云霧蒸發(fā)掉,。
　　另一道獨(dú)特的風(fēng)景要數(shù)“巢室開放式”云型，也就是?？稍诤０毒€附近見到的陣勢浩大而呈蜂窩圖案的云,。如今有人認(rèn)為，它是在雨水將空氣射流往下驅(qū)趕到大海表面上的時(shí)候形成的,。每股射流接著會(huì)不斷地向外擴(kuò)散,，一直持續(xù)到與其他射流相碰撞為止。在發(fā)生這種現(xiàn)象的地方,，射流都會(huì)再度按蜂窩圖案升騰而起,，催生出千姿百態(tài),、魅力十足的云朵,。
　　一個(gè)更頑固不化的難解之謎,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越于正常云霧之上，盤桓在距地面約80千米的中間層里,。那就是所謂的夜光云,，這種云層由精細(xì)的冰晶組成而呈半透明狀，在高緯度地區(qū)的黎明或黃昏時(shí)分最易見到,。目前,，夜光云正在變得愈益增多，美國宇航局（NASA）的AIM衛(wèi)星甚至在離赤道不遠(yuǎn)的地方也探測到它們的蹤影,。
　　這些現(xiàn)象之所以會(huì)發(fā)生,，可能是因?yàn)闅夂蜃兓褜?dǎo)致中間層趨于冷卻，助長了冰在那里的生成,。另一種可能性則是牲畜和工業(yè)排放的甲烷經(jīng)反應(yīng)在中間層形成水而造成的,。或者是將這些異變歸咎于太陽輻射,？誰也說不準(zhǔn),。
　　
鮮為人知的高空生命
　　地球上幾乎沒有什么生物像細(xì)菌和真菌這些天空的隱形常客那樣翱翔得如此高遠(yuǎn),。它們多半可能是悠閑從容的“觀光客”,，以空氣為媒介巡游于世，有些似乎在啃食著云端的化學(xué)物質(zhì),。甚至地球上的生命起始于高空平流層都是可能的,。
　　我們很久以來就對(duì)空氣傳播的細(xì)菌有所知曉，但往往想當(dāng)然地把它們看成惰性十足,、純屬偶然的“漫游者”,。然而，1977年在奧地利阿爾卑斯山3000米處收集到的云滴,，彰顯了一種更具活力的生存跡象,。奧地利因斯布魯克大學(xué)的比吉特·薩特勒及其同事目睹了細(xì)菌在水中生長和繁殖的情景。他們還找到了可能構(gòu)成食物源的有機(jī)酸和乙醇,。據(jù)薩特勒估計(jì),，從全球角度看，云端生命可能一年要耗費(fèi)100～1000萬噸碳,。
　　這些微生物有的可能正在改變我們的氣候,。大部分雨云是在微觀冰晶開始在微粒物質(zhì)上生長時(shí)形成的。這些微?？赡苁菬o機(jī)的,，但上世紀(jì)70年代的研究表明，細(xì)菌能夠起到更好的作用,。例如植物病原菌丁香假單胞菌,，便攜帶有激發(fā)冰生成的蛋白質(zhì),。從那時(shí)以來，不斷有其他細(xì)菌和真菌被發(fā)現(xiàn)具備類似的潛質(zhì),?！拔⑸锬茉跓o生命的核達(dá)不到的溫度下激發(fā)結(jié)冰這一過程?！甭芬姿拱材侵萘⒋髮W(xué)的布倫特·克里斯納說,。他在世界各地的觀察點(diǎn)找見了雨和雪中的微生物。
　　很多人懷疑天空中是否有足夠的病菌影響云的形成,。然而,，由加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的金·普拉瑟率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，2007年曾駕機(jī)飛臨懷俄明州上空采集云樣,。他們發(fā)現(xiàn)三分之一的冰核中含有生物物質(zhì),，包括細(xì)菌、真菌孢子和植物物質(zhì),。
　　在克里斯納看來,，給這類“空中瓦礫”提供免費(fèi)搭車的是水循環(huán)。細(xì)微的有機(jī)物被吹離樹葉而進(jìn)入空氣,，其頑強(qiáng)的生命力足以在短時(shí)間內(nèi)抵御日灼和脫水,，但絕不可能持之以恒。于是它們衍變?yōu)樵?，像雨水那樣重新落回地面,。他懷疑這些細(xì)菌實(shí)際上經(jīng)過進(jìn)化而對(duì)云起著催化作用。由于云層對(duì)陽光的折射作用,，空中微生物很可能在氣候變化中發(fā)揮一定的作用,。甚至這些空氣傳播的細(xì)菌散布了人類疾病恐怕也是事實(shí)。
　　到目前為止,，我們只是對(duì)空氣生命投注以匆匆一瞥,。沒人知道有多少物種在游移飄蕩，也沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示高空生命是如何成為可能的,?！拔覀儗?duì)高空邊界一無所知?！笨死锼辜{說,。所以，他的團(tuán)隊(duì)便將氣球發(fā)送到中間層內(nèi),，藉此探視那里是否有什么生命的蹤跡,。目前他們依然在整理調(diào)查結(jié)果，但初步跡象表明有些生命在超過60千米的高空也是能夠幸存的,。距地面如此高遠(yuǎn)的條件,，跟火星表面具有驚人的相似之處：寒冷,、干燥，幾乎沒有空氣且輻射強(qiáng)烈,。所以，對(duì)地球大氣層外緣的生命展開研究,，可為我們提供深入了解外星際生存境遇的洞察力,。
　　美國國家海洋和大氣管理局的亞德里安·圖克終于在一份調(diào)子偏激的提案中聲稱：空氣中可能已有生命形成。他說,，原始細(xì)胞也許是在中間層的細(xì)微水滴中生成的,。這些水滴或許是從隕星中汲取的營養(yǎng)，而更為復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象則是受來自太陽的紫外線照射而發(fā)生的,。
　　
威力無比的空氣海洋
　　如果說大海的沉浮起伏受制于月亮的話,，那么，我們的空氣海洋則是按一種更加復(fù)雜的節(jié)拍而涌動(dòng)不已的,。太陽的熱量與月亮的引力相結(jié)合會(huì)推動(dòng)日復(fù)一日的周期,，影響著大氣的壓力和運(yùn)動(dòng)。這些空氣潮汐具有令人驚嘆的威力,，涌往低處動(dòng)輒引發(fā)山崩塌方,，竄向高空每每屏蔽無線鏈路乃至阻截衛(wèi)星。
　　在低空底下,，空氣潮汐襯托以正常氣候這一背景幾乎是難以覺察的,。然而，隨著潮汐般的氣壓波逐漸向上翻涌,，它們的能量會(huì)傳遞給質(zhì)地稀薄得多的空氣,，形成更加狂暴的運(yùn)動(dòng)，不時(shí)達(dá)到颶風(fēng)的速度,。在數(shù)十萬米的上空,，一次高潮能使大氣明顯地增厚，從而加大對(duì)沿軌道行駛的衛(wèi)星的曳力,。工程師必須考慮這一因素才能保持對(duì)它們的跟蹤,。
　　按照美國大學(xué)大氣研究協(xié)會(huì)毛拉·哈甘的說法，潮汐還會(huì)對(duì)無線電通訊造成干擾,。她懷疑空氣潮汐可能有助于等離子泡沫在高層大氣中的形成,，進(jìn)而擾亂包括GPS（全球定位系統(tǒng)）數(shù)據(jù)在內(nèi)的無線電信號(hào)。
　　過去幾年適值太陽活動(dòng)處于暫時(shí)平息的時(shí)期,，潮汐的一個(gè)全新源頭正是在此期間被找到的,。太陽風(fēng)暴和耀斑大部分時(shí)間都在反復(fù)轟擊著我們的大氣外層，對(duì)帶電荷的電離層構(gòu)成了滋擾,，但太陽自從2006年以來一直非常平靜,。這些安靜的條件泄露出電離層中電荷密度的微妙模式,，也就是看似符合熱帶特定地區(qū)的模式。據(jù)哈甘分析,，這些地區(qū)以雷暴活動(dòng)密集為特點(diǎn),，日復(fù)一日形成的熱帶雨云會(huì)給電離層送去輕柔的氣壓波，增加那里的電荷密度,。所以,，地球天氣會(huì)對(duì)太空天氣產(chǎn)生影響。
　　空氣潮汐在表面上看雖然無足輕重,，卻依然能使我們腳下的大地發(fā)生位移,。科羅拉多州就有大塊的泥土的巖石正在緩慢地向山下滑動(dòng),，業(yè)界稱之為“礦泥滑行”,。基地設(shè)在丹佛的美國地質(zhì)調(diào)查局的威廉·舒爾茨發(fā)現(xiàn),，滑動(dòng)速度同空氣潮汐密切相關(guān),。他解釋說，潮汐會(huì)造成氣壓失衡,，改變山崩底層泥土顆粒間的接觸壓力,。
　　
不該出現(xiàn)的雷霆閃電
　　閃電對(duì)于現(xiàn)代科學(xué)來說幾乎是個(gè)難解之謎，就像它曾令我們充滿敬畏之情的祖先感到困惑一樣,。雖然我們現(xiàn)在確信閃電不是諸神手中揮舞的一件武器,，但潛藏在背后的真實(shí)機(jī)制并沒有被充分理解。
　　一個(gè)神秘謎團(tuán)在于：雷電云是如何變得如此高度荷電的,？最合理的解釋是：細(xì)小冰粒與形體較沉,、被稱為霰的雪泥團(tuán)之間發(fā)生碰撞往往會(huì)傳遞電荷，但這一過程在真實(shí)云層中的作用并沒有得到證明,。
　　一個(gè)甚至更大的謎團(tuán)在于：當(dāng)空氣是電絕緣體時(shí),，雷霆閃電的巨大電流究竟是如何開始流通的？讓空氣經(jīng)過分解而形成導(dǎo)電的等離子是可能的,，但這需要大于100萬伏/米的超強(qiáng)電場,。氣象學(xué)家將數(shù)以百計(jì)攜帶儀器的氣球和火箭發(fā)送到雷電云中，為的是測試那里的局部條件,，可他們迄今見到過的最強(qiáng)磁場只有臨界值的十分之一左右,。
　　閃電大概需要某種催化劑才會(huì)一泄為快。有一種理論認(rèn)為,，宇宙射線參與了催化過程,。這些荷電粒子或許是因?yàn)槌滦窃阢y河系遠(yuǎn)處爆炸而生成的。宇宙射線質(zhì)子在同大氣中的分子相撞時(shí)，可能具有足以產(chǎn)生一連串相對(duì)論性粒子的能量,。這些瀑布般的粒子使空氣得以電離,，產(chǎn)生出呈錐形的自由電子射叢，為開始流通的電流創(chuàng)造了必要的條件,。
　　閃電常會(huì)產(chǎn)生稍縱即逝的X射線和伽馬射線,，甚至還可能包括反物質(zhì)的光束。這些現(xiàn)象提示了涉及到某種相對(duì)論性過程,，但并沒有證明宇宙射線是始作俑者,。
　　為了探明是否真的牽涉到超新星，俄克拉馬何州立大學(xué)的氣象學(xué)家威廉·比斯萊正在同物理學(xué)家合作研制一個(gè)地面的監(jiān)視系統(tǒng),?！拔覀儼延钪嫔渚€檢測器和閃電測繪陣列布置在一起,，看一看兩者的結(jié)果是否重合,。”他說,。
　　即使兩者碰巧重合,，這個(gè)謎團(tuán)也是不會(huì)被解開的。宇宙射線射叢所釋放的電子只準(zhǔn)維持幾微秒的自由,，這一長度是不夠維系大電流的,。不過，正如比斯萊的同事,、內(nèi)華達(dá)大學(xué)的達(dá)尼亞·彼得森所指出的,，其長度足以將云中的電場增強(qiáng)到幾百千伏/米。強(qiáng)電場會(huì)允許啟動(dòng)另一個(gè)過程,，因?yàn)樗軐⒃苾?nèi)雨滴拉伸成酷似縫衣針的尖頭形狀,。如同避雷針一樣，這些雨針能增強(qiáng)局部電場,，進(jìn)而形成冠狀荷電云,。它們能通過擴(kuò)散和融合，最終形成有望承載狂暴不羈的雷霆閃電的電離路徑,。要驗(yàn)證這一理論是否正確,，只需測定整個(gè)過程所發(fā)射的無線電頻率序列就可以了。
　　
奇特罕見的地震之光
　　從空中飄過的發(fā)光天體,；藍(lán)白相間的巨光,；火花、閃光以及吞噬地面的火焰……凡此種種可能是災(zāi)難將臨的征兆,。數(shù)千年來,，一直有人報(bào)告在地震前夕和期間出現(xiàn)的詭異離奇、兇險(xiǎn)不祥的光。例如在1746年,，秘魯圣洛倫索島上搖曳閃爍的火焰令典獄長曼紐爾·羅梅洛印象十分深刻,，他當(dāng)即釋放了在押犯人，好讓他們一起留神察看,。三星期后,，一場大地震襲擊了附近的利馬，海嘯洗劫了方圓5公里的小島,。
　　有關(guān)地震光的影像佐證就更為豐富了,。它們往往伴隨有以相當(dāng)淺表的地殼點(diǎn)為中心、震級(jí)在6級(jí)以上的大地震,。地震光是如何形成的尚不清楚,，但美國宇航局艾姆斯研究中心的弗里德曼·弗羅因德認(rèn)為，當(dāng)?shù)貧ぶ械膸r石受到擠壓時(shí),，化學(xué)鍵就會(huì)斷裂而形成往上向地表傳播的脈動(dòng)電荷,。“巖石變得猶如蓄電池似的產(chǎn)生出巨量電力,?！彼忉屨f。
　　這個(gè)過程只是產(chǎn)生低電壓而已,，但弗洛羅因德認(rèn)為電荷會(huì)在地表形成一個(gè)超薄層,。由于電荷集中在狹小的間距內(nèi)，因此它會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的電場,，也許足以使空氣電離而發(fā)生由地表向上空傳播的熠熠閃爍的放電現(xiàn)象——這一點(diǎn)或許可解釋何以會(huì)出現(xiàn)發(fā)光天體,、火焰和大片酷似極地光的光芒的原因。
　　弗羅因德不知道電荷何以會(huì)形成這樣的薄層,，或者說電離波是如何維系其穿越空氣的任何間距的,。但試驗(yàn)結(jié)果令人鼓舞：在實(shí)驗(yàn)室里將巖石碾碎可產(chǎn)生電荷和閃光。而且在地震區(qū)里已經(jīng)測到低頻無線電波,，表明地面底下的確存在著電流,。
　　地震光是如此的罕見，因此很難證實(shí)電離和無線電波發(fā)射是跟它們同時(shí)發(fā)生的,。弗羅因德準(zhǔn)備通過設(shè)置攝像網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理中心來監(jiān)測類似的事變,，但他又希望這個(gè)系統(tǒng)配合衛(wèi)星成像技術(shù)，總有一天能提供近似于氣象預(yù)報(bào)的地震警示,。
　　光或許不是厄運(yùn)迫在眉睫的惟一空中預(yù)兆,。2004年，在伊朗斷層線上方的云中出現(xiàn)了一個(gè)奇特的直線型缺口,。69天以后,，一場地震接踵而至。2005年缺口再度形成，這次地震是在6天以后發(fā)生的,。兩位中國地球物理學(xué)家郭廣猛和王賦認(rèn)為,，從斷層中逃逸的熱氣體很可能是斜穿過云層的。
　　
宜居氣候的最后掙扎
　　假如人類沒有把事情搞得一團(tuán)糟,，那么總的來說,，地球大氣理應(yīng)還可保持長達(dá)數(shù)百萬年的“宜居性”——但是不會(huì)更長久了。太陽正在隨著核心收縮和熱量加劇而緩慢地變亮,。到數(shù)億年以后,，它的亮度會(huì)比現(xiàn)今增強(qiáng)約10%，從而將整個(gè)星球加熱到極不舒適的境地,。蒸發(fā)自海洋的水會(huì)引發(fā)惡性溫室效應(yīng),，將地球變成一顆潮濕版的金星，被恒久地包裹在厚重的白色云毯里,?；蛘哒f，這種劇變可能會(huì)隨著時(shí)間推移而愈趨徐緩,，致使越來越炎熱和陰霾的大氣有望為微生物生命提供一段時(shí)間的庇護(hù),。
　　無論是通過哪一種方式,，水都會(huì)逃逸到中間層,，被紫外光分解為氫和氧。氫將滯留在中間層里——或許會(huì)讓外星人誤以為這個(gè)星球依然是有人居住的,；而氧則輕盈得直向太空中飄逸,。所以，我們的水源會(huì)逐漸地漏泄殆盡,。
　　到20或30億年以后,，海洋可能已消失不見了。如果火山繼續(xù)將二氧化碳灌輸?shù)娇諝庵?，那么地球可能?huì)更加酷似金星而被籠罩在稠厚超熱的二氧化碳大氣層中,。沒有海洋之水為地球板塊構(gòu)造提供潤滑，這個(gè)星球可能會(huì)被“卡住”,，造成掩埋的碳無法通過火山爆發(fā)重返空氣,。
　　康奈爾大學(xué)的喬納森·盧寧聲稱，在這以后我們的星球可能會(huì)開始酷似土衛(wèi)六,，亦即土星的巨大衛(wèi)星,。土星上多半是遍布山丘的沙漠，只是偶爾被猛烈的甲烷雨風(fēng)暴沾濕了地面,。地球可能會(huì)變成溫暖版的土衛(wèi)六,，南北極地有少數(shù)注滿水的湖泊將打破廣袤沙漠的格局。天空在大部分時(shí)間萬里無云，但偶爾也會(huì)突然烏云翻滾,，干裂的土地上只剩下少得可憐的水,。“我們的大氣中暫時(shí)依然有大量的水,?！北R寧說，“由于太陽變得更為明亮,，有更多的能源可以得到系統(tǒng)的利用,，這也構(gòu)成了醞釀巨大風(fēng)暴的潛力?！?br>　　在殘存的最后水脈尚未被耗盡之前,，這樣的環(huán)境可能會(huì)持續(xù)數(shù)億年之久。等到它最終也消逝的時(shí)候,，那將是我們所知道的氣候的終結(jié),。
　　（何積惠 編譯）