大氣壓力 等

空氣，在我們周圍圍繞，卻很少有人感覺到它們的存在，只有科學家深知它們存在的必要。從1648年帕斯卡發現大氣壓力，到1863年廷德耳發現溫室效應，再到現在觸目驚心的大氣污染和臭氧空洞，我們才逐漸知道，空氣是我們生存的基礎，要珍惜保護好它們。

大氣壓力

布萊斯·帕斯卡（1623～1662年）

工程師很早就發現，可以把水壓到大約10米的高度，但是要壓到更高卻不可能。17世紀40年代，科學家開始把這一現象和大氣壓強聯系起來。

1647年至1648年間，帕斯卡用新發明的氣壓計進行了一系列的實驗。氣壓計是一根一端密封的1米多長的管子，管子中裝滿水銀，開口朝下放在盤子上。出乎當時的科學家們意料之外的是：管子里的水銀一滴也沒有流出來，而且在管子的頂端出現了一段空白，帕斯卡以及其他科學家準確地將其理解為真空。

這一現象可以這樣理解：大氣壓力在數值上等于水銀計上方的空氣柱的重力，這一重力與管子里水銀的重力相等。在海平面上，空氣柱的重力大約相當于760毫米高的水銀柱的重力，或是相當于不到10米高的水柱的重力。壓水時水的高度為什么不能超過10米這一長期困擾著工程師們的謎題就找到了答案。

信風

喬治·哈德里(1685～1768年)

很早以前，水手們就意識到，在赤道以北的熱帶地區，所謂的“貿易風”（即信風）是從東北方向刮來的，而在赤道以南的地區，風則來自東南方向。此外，風刮到赤道附近的地區時，往往就消失得無影無蹤，形成一個令水手們十分害怕的“赤道無風帶”——沒有風，他們就不能前進。

18世紀初期，哈德里負責為倫敦的英國皇家學會進行氣象觀察，為了弄懂這些現象，他第一次對熱帶的氣流進行了的研究，并于1735年在《關于各種信風》的論文里試圖解釋這些現象。哈德里首先假設，來自太陽的熱量使得空氣在赤道上空上升，而熱氣流向兩極后變冷下降，因此在每個半球形成了一個對流空間，即“哈德里窩”，在這個對流空間里，靠近地球表面的空氣向赤道地區移動，而上層的空氣則向兩極地區移動。此外，旋轉的地球和地球表面的空氣之間的摩擦力使風產生了一種來自東方的性質。這樣，南北兩個熱帶地區信風的風向就有了合理的解釋，而赤道無風帶則是兩個對流空間交界處空氣上升導致的。

溫室效應

約翰·廷德耳（1820～1893年）

約翰·廷德耳，首位登上阿爾卑斯山脈威森霍恩的人，也是第一位征服麥特豪山的勇士。也正是他，率先提出了溫室效應。1863年，這位英國物理學家、制圖員、地質學家和登山家報告了針對氧、氮、二氧化碳等氣體的輻射性能的研究結果。他發現這些氣體吸收和傳遞熱的能力有很大的不同。氧和氮可以傳遞熱，而水蒸氣、二氧化碳和臭氧幾乎是不傳導的。于是他得出驚人的結論：地球大氣層中最普通的水蒸氣如此高效地吸收熱肯定能夠調節地球表面的溫度。缺少了它，地球將被寒冷牢牢地控制。廷德耳又進一步描述水蒸氣和二氧化碳變化幅度對氣候變化的影響，即現在著名的溫室效應。

至于天空為什么是藍色的，廷德耳這樣解釋：大氣層中的大分子散射的來自于太陽射線的藍色光線比其他顏色多。太陽落山時光線變紅也是同樣的道理。靠近地平線時，來自太陽的光線要穿越大氣層很長的距離到達觀測者的眼睛。在旅途中，藍色光與其他光交匯在一起，只留下紅色的光，這就是廷德耳效應。

氣象預報

維海姆·弗里曼·卡倫·皮葉克尼斯

(1862～1951年)

雅格布·奧爾·波奈維·皮葉克尼斯

(1897～1975年)

維海姆·弗里曼·卡倫·皮葉克尼斯從小對天氣非常著迷，相信有一天可以通過數學模型準確地描述它。他認為把當前的天氣數據輸入模型，就可以預報天氣了。他因為提出這一觀點被后人尊為現代氣象學之父。

當時的皮葉克尼斯也面臨著巨大的挑戰。傳統流體動力學不能夠描述天氣行為是由于它假設液體密度僅僅取決于壓力一種因素。事實上，天氣受到不斷變化的溫度、地點等多種因素的影響。

1904年，在綜合了流體動力學和熱動力學的基礎上，他又提出新的理論解決壓力變化問題。他依靠數學模型建立起目前仍在使用的數字天氣預報規則。然而，他的方程式過于復雜，難以手工運算，后來隨著計算技術的進步這一難題才得以解決。

第一次世界大戰結束后，他同兒子雅格布·奧爾·波奈維·皮葉克尼斯一起指出，地球中緯度地區氣旋的形成是由于冷熱氣團相互作用的結果。他們借用戰場上的術語將氣團交界處稱作“冷風”和“曖風”。他們也是最早發現大多數天氣活動源自這一地帶的科學家。該理論被稱為“極面理論”，并且成為現代氣象預報的基礎。

臭氧洞

馬里奧·莫利納(1943～ )

舍伍德·F·羅蘭(1927～ )

大氣中的臭氧非常少，如果將其集中放置在地球表面，它只能形成3毫米厚的一層。但是，沒有臭氧層，陸地生命根本就不可能進化。

1974年，莫利納和羅蘭預言，廣泛用于空調器、冷卻裝置和噴霧器的化學制劑氯氟烴破壞臭氧的速度遠遠大于臭氧在大氣中形成的速度。他們警告說，由于這些化學制劑廣泛地釋放到大氣中，臭氧層無法在大量的氯氟烴傾瀉中幸存。

1985年，英國南極勘測隊的一位科學家約瑟夫·法曼發現南極上空的臭氧層有一個巨大的洞，便將臭氧耗損的原因與人類釋放的氯氟烴聯系起來。許多研究者游說政府禁止使用氯氟烴，主張用其他危害性小的化學制劑替代氯氟烴。

20多年后，他們的工作得到回報，聯合國通過禁止氯氟烴和其他有害化學制劑的決定。該禁令被稱作《蒙特利爾議定書》，于1996年生效。實際上，問題雖然得到解決，但氯氟烴仍在不緊不慢地通過大氣傳播，因此人們預期臭氧洞還會持續許多年，或許還會持續一個世紀。