爱华网酷似蜂窝的云，是雨水将空气射流驱赶到大海上并从那里再度升腾时形成的
与水、风、土、火这些经典物质要素相比，我们人类在更大程度上是空气的产物。我们总是和大气保持着亲密的接触——或沉浸其中，或为了活下去而大口将它吸入体内，或受到其喜怒无常的天气的支配。尽管两者间的关系如此密切，可大气还是向我们保守了很多秘密。从诡异阴森之光到预示凶兆的炽热，从太空边缘泛着微光的缕缕冰柱到看不见的隐形潮汐，孕育这一切的策源地正是空气。甚至在高空的云端里，也潜伏着大嚼化学物质并因此而影响天气的生命。那么，在浩瀚无垠的天空里到底隐藏着什么秘密呢？
不可思议的云层风景
冰和云的微水滴需要有催化种子才会开始生长。它们可以是矿物质颗粒或者甚至是细菌，有些研究人员暗示，宇宙射线可能参与了这一过程。他们声称，当更多来自太空的这些高能粒子碰撞大气时就会形成更多的云层，其结果将对我们的气候产生深远的影响。位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）去年进行的一次实验提出报告称，宇宙射线能帮助大气化学物质转变为超精细的尘雾。这一结果使理论倡导者备受鼓舞，虽然尘雾颗粒看似细微得难以成为冰晶的种子。
不过，关于云的谜团有些已在最近被解开，其中包括航空器是如何在云层里勉力钻开宽50千米的洞孔的。飞机在空中通过时照例会激发冰晶的生成，由此释放出潜热并掀起呈环状的暖空气而将向外翻滚的云雾蒸发掉。
另一道独特的风景要数“巢室开放式”云型，也就是常可在海岸线附近见到的阵势浩大而呈蜂窝图案的云。如今有人认为，它是在雨水将空气射流往下驱赶到大海表面上的时候形成的。每股射流接着会不断地向外扩散，一直持续到与其他射流相碰撞为止。在发生这种现象的地方，射流都会再度按蜂窝图案升腾而起，催生出千姿百态、魅力十足的云朵。
一个更顽固不化的难解之谜，远远超越于正常云雾之上，盘桓在距地面约80千米的中间层里。那就是所谓的夜光云，这种云层由精细的冰晶组成而呈半透明状，在高纬度地区的黎明或黄昏时分最易见到。目前，夜光云正在变得愈益增多，美国宇航局（NASA）的AIM卫星甚至在离赤道不远的地方也探测到它们的踪影。
这些现象之所以会发生，可能是因为气候变化已导致中间层趋于冷却，助长了冰在那里的生成。另一种可能性则是牲畜和工业排放的甲烷经反应在中间层形成水而造成的。或者是将这些异变归咎于太阳辐射？谁也说不准。
鲜为人知的高空生命
地球上几乎没有什么生物像细菌和真菌这些天空的隐形常客那样翱翔得如此高远。它们多半可能是悠闲从容的“观光客”，以空气为媒介巡游于世，有些似乎在啃食着云端的化学物质。甚至地球上的生命起始于高空平流层都是可能的。
我们很久以来就对空气传播的细菌有所知晓，但往往想当然地把它们看成惰性十足、纯属偶然的“漫游者”。然而，1977年在奥地利阿尔卑斯山3000米处收集到的云滴，彰显了一种更具活力的生存迹象。奥地利因斯布鲁克大学的比吉特·萨特勒及其同事目睹了细菌在水中生长和繁殖的情景。他们还找到了可能构成食物源的有机酸和乙醇。据萨特勒估计，从全球角度看，云端生命可能一年要耗费100～1000万吨碳。
这些微生物有的可能正在改变我们的气候。大部分雨云是在微观冰晶开始在微粒物质上生长时形成的。这些微粒可能是无机的，但上世纪70年代的研究表明，细菌能够起到更好的作用。例如植物病原菌丁香假单胞菌，便携带有激发冰生成的蛋白质。从那时以来，不断有其他细菌和真菌被发现具备类似的潜质。“微生物能在无生命的核达不到的温度下激发结冰这一过程。”路易斯安那州立大学的布伦特·克里斯纳说。他在世界各地的观察点找见了雨和雪中的微生物。
很多人怀疑天空中是否有足够的病菌影响云的形成。然而，由加利福尼亚大学圣迭戈分校的金·普拉瑟率领的团队，2007年曾驾机飞临怀俄明州上空采集云样。他们发现三分之一的冰核中含有生物物质，包括细菌、真菌孢子和植物物质。
在克里斯纳看来，给这类“空中瓦砾”提供免费搭车的是水循环。细微的有机物被吹离树叶而进入空气，其顽强的生命力足以在短时间内抵御日灼和脱水，但绝不可能持之以恒。于是它们衍变为云，像雨水那样重新落回地面。他怀疑这些细菌实际上经过进化而对云起着催化作用。由于云层对阳光的折射作用，空中微生物很可能在气候变化中发挥一定的作用。甚至这些空气传播的细菌散布了人类疾病恐怕也是事实。
到目前为止，我们只是对空气生命投注以匆匆一瞥。没人知道有多少物种在游移飘荡，也没有统计数字显示高空生命是如何成为可能的。“我们对高空边界一无所知。”克里斯纳说。所以，他的团队便将气球发送到中间层内，藉此探视那里是否有什么生命的踪迹。目前他们依然在整理调查结果，但初步迹象表明有些生命在超过60千米的高空也是能够幸存的。距地面如此高远的条件，跟火星表面具有惊人的相似之处：寒冷、干燥，几乎没有空气且辐射强烈。所以，对地球大气层外缘的生命展开研究，可为我们提供深入了解外星际生存境遇的洞察力。
美国国家海洋和大气管理局的亚德里安·图克终于在一份调子偏激的提案中声称：空气中可能已有生命形成。他说，原始细胞也许是在中间层的细微水滴中生成的。这些水滴或许是从陨星中汲取的营养，而更为复杂的化学现象则是受来自太阳的紫外线照射而发生的。
威力无比的空气海洋
如果说大海的沉浮起伏受制于月亮的话，那么，我们的空气海洋则是按一种更加复杂的节拍而涌动不已的。太阳的热量与月亮的引力相结合会推动日复一日的周期，影响着大气的压力和运动。这些空气潮汐具有令人惊叹的威力，涌往低处动辄引发山崩塌方，窜向高空每每屏蔽无线链路乃至阻截卫星。
在低空底下，空气潮汐衬托以正常气候这一背景几乎是难以觉察的。然而，随着潮汐般的气压波逐渐向上翻涌，它们的能量会传递给质地稀薄得多的空气，形成更加狂暴的运动，不时达到飓风的速度。在数十万米的上空，一次高潮能使大气明显地增厚，从而加大对沿轨道行驶的卫星的曳力。工程师必须考虑这一因素才能保持对它们的跟踪。
按照美国大学大气研究协会毛拉·哈甘的说法，潮汐还会对无线电通讯造成干扰。她怀疑空气潮汐可能有助于等离子泡沫在高层大气中的形成，进而扰乱包括GPS（全球定位系统）数据在内的无线电信号。
过去几年适值太阳活动处于暂时平息的时期，潮汐的一个全新源头正是在此期间被找到的。太阳风暴和耀斑大部分时间都在反复轰击着我们的大气外层，对带电荷的电离层构成了滋扰，但太阳自从2006年以来一直非常平静。这些安静的条件泄露出电离层中电荷密度的微妙模式，也就是看似符合热带特定地区的模式。据哈甘分析，这些地区以雷暴活动密集为特点，日复一日形成的热带雨云会给电离层送去轻柔的气压波，增加那里的电荷密度。所以，地球天气会对太空天气产生影响。
空气潮汐在表面上看虽然无足轻重，却依然能使我们脚下的大地发生位移。科罗拉多州就有大块的泥土的岩石正在缓慢地向山下滑动，业界称之为“矿泥滑行”。基地设在丹佛的美国地质调查局的威廉·舒尔茨发现，滑动速度同空气潮汐密切相关。他解释说，潮汐会造成气压失衡，改变山崩底层泥土颗粒间的接触压力。
不该出现的雷霆闪电
闪电对于现代科学来说几乎是个难解之谜，就像它曾令我们充满敬畏之情的祖先感到困惑一样。虽然我们现在确信闪电不是诸神手中挥舞的一件武器，但潜藏在背后的真实机制并没有被充分理解。
一个神秘谜团在于：雷电云是如何变得如此高度荷电的？最合理的解释是：细小冰粒与形体较沉、被称为霰的雪泥团之间发生碰撞往往会传递电荷，但这一过程在真实云层中的作用并没有得到证明。
一个甚至更大的谜团在于：当空气是电绝缘体时，雷霆闪电的巨大电流究竟是如何开始流通的？让空气经过分解而形成导电的等离子是可能的，但这需要大于100万伏/米的超强电场。气象学家将数以百计携带仪器的气球和火箭发送到雷电云中，为的是测试那里的局部条件，可他们迄今见到过的最强磁场只有临界值的十分之一左右。
闪电大概需要某种催化剂才会一泄为快。有一种理论认为，宇宙射线参与了催化过程。这些荷电粒子或许是因为超新星在银河系远处爆炸而生成的。宇宙射线质子在同大气中的分子相撞时，可能具有足以产生一连串相对论性粒子的能量。这些瀑布般的粒子使空气得以电离，产生出呈锥形的自由电子射丛，为开始流通的电流创造了必要的条件。
闪电常会产生稍纵即逝的X射线和伽马射线，甚至还可能包括反物质的光束。这些现象提示了涉及到某种相对论性过程，但并没有证明宇宙射线是始作俑者。
为了探明是否真的牵涉到超新星，俄克拉马何州立大学的气象学家威廉·比斯莱正在同物理学家合作研制一个地面的监视系统。“我们把宇宙射线检测器和闪电测绘阵列布置在一起，看一看两者的结果是否重合。”他说。
即使两者碰巧重合，这个谜团也是不会被解开的。宇宙射线射丛所释放的电子只准维持几微秒的自由，这一长度是不够维系大电流的。不过，正如比斯莱的同事、内华达大学的达尼亚·彼得森所指出的，其长度足以将云中的电场增强到几百千伏/米。强电场会允许启动另一个过程，因为它能将云内雨滴拉伸成酷似缝衣针的尖头形状。如同避雷针一样，这些雨针能增强局部电场，进而形成冠状荷电云。它们能通过扩散和融合，最终形成有望承载狂暴不羁的雷霆闪电的电离路径。要验证这一理论是否正确，只需测定整个过程所发射的无线电频率序列就可以了。
奇特罕见的地震之光
从空中飘过的发光天体；蓝白相间的巨光；火花、闪光以及吞噬地面的火焰……凡此种种可能是灾难将临的征兆。数千年来，一直有人报告在地震前夕和期间出现的诡异离奇、凶险不祥的光。例如在1746年，秘鲁圣洛伦索岛上摇曳闪烁的火焰令典狱长曼纽尔·罗梅洛印象十分深刻，他当即释放了在押犯人，好让他们一起留神察看。三星期后，一场大地震袭击了附近的利马，海啸洗劫了方圆5公里的小岛。
有关地震光的影像佐证就更为丰富了。它们往往伴随有以相当浅表的地壳点为中心、震级在6级以上的大地震。地震光是如何形成的尚不清楚，但美国宇航局艾姆斯研究中心的弗里德曼·弗罗因德认为，当地壳中的岩石受到挤压时，化学键就会断裂而形成往上向地表传播的脉动电荷。“岩石变得犹如蓄电池似的产生出巨量电力。”他解释说。
这个过程只是产生低电压而已，但弗洛罗因德认为电荷会在地表形成一个超薄层。由于电荷集中在狭小的间距内，因此它会形成一个强大的电场，也许足以使空气电离而发生由地表向上空传播的熠熠闪烁的放电现象——这一点或许可解释何以会出现发光天体、火焰和大片酷似极地光的光芒的原因。
弗罗因德不知道电荷何以会形成这样的薄层，或者说电离波是如何维系其穿越空气的任何间距的。但试验结果令人鼓舞：在实验室里将岩石碾碎可产生电荷和闪光。而且在地震区里已经测到低频无线电波，表明地面底下的确存在着电流。
地震光是如此的罕见，因此很难证实电离和无线电波发射是跟它们同时发生的。弗罗因德准备通过设置摄像网络和数据处理中心来监测类似的事变，但他又希望这个系统配合卫星成像技术，总有一天能提供近似于气象预报的地震警示。
光或许不是厄运迫在眉睫的惟一空中预兆。2004年，在伊朗断层线上方的云中出现了一个奇特的直线型缺口。69天以后，一场地震接踵而至。2005年缺口再度形成，这次地震是在6天以后发生的。两位中国地球物理学家郭广猛和王赋认为，从断层中逃逸的热气体很可能是斜穿过云层的。
宜居气候的最后挣扎
假如人类没有把事情搞得一团糟，那么总的来说，地球大气理应还可保持长达数百万年的“宜居性”——但是不会更长久了。太阳正在随着核心收缩和热量加剧而缓慢地变亮。到数亿年以后，它的亮度会比现今增强约10%，从而将整个星球加热到极不舒适的境地。蒸发自海洋的水会引发恶性温室效应，将地球变成一颗潮湿版的金星，被恒久地包裹在厚重的白色云毯里。或者说，这种剧变可能会随着时间推移而愈趋徐缓，致使越来越炎热和阴霾的大气有望为微生物生命提供一段时间的庇护。
无论是通过哪一种方式，水都会逃逸到中间层，被紫外光分解为氢和氧。氢将滞留在中间层里——或许会让外星人误以为这个星球依然是有人居住的；而氧则轻盈得直向太空中飘逸。所以，我们的水源会逐渐地漏泄殆尽。
到20或30亿年以后，海洋可能已消失不见了。如果火山继续将二氧化碳灌输到空气中，那么地球可能会更加酷似金星而被笼罩在稠厚超热的二氧化碳大气层中。没有海洋之水为地球板块构造提供润滑，这个星球可能会被“卡住”，造成掩埋的碳无法通过火山爆发重返空气。
康奈尔大学的乔纳森·卢宁声称，在这以后我们的星球可能会开始酷似土卫六，亦即土星的巨大卫星。土星上多半是遍布山丘的沙漠，只是偶尔被猛烈的甲烷雨风暴沾湿了地面。地球可能会变成温暖版的土卫六，南北极地有少数注满水的湖泊将打破广袤沙漠的格局。天空在大部分时间万里无云，但偶尔也会突然乌云翻滚，干裂的土地上只剩下少得可怜的水。“我们的大气中暂时依然有大量的水。”卢宁说，“由于太阳变得更为明亮，有更多的能源可以得到系统的利用，这也构成了酝酿巨大风暴的潜力。”
在残存的最后水脉尚未被耗尽之前，这样的环境可能会持续数亿年之久。等到它最终也消逝的时候，那将是我们所知道的气候的终结。
（何积惠 编译）
