《万物简史》
第17章：进入对流层
幸亏有大气层。它让我们保持温暖。没有它，地球会是一个没有生命的冰球，平均温度低至华氏零下60度。此外，大气层吸收或偏转了蜂拥而来的宇宙射线、带电粒子、紫外线等。总的来说，这层气态的缓冲垫相当于十五英尺厚的防护混凝土，没有它，这些来自太空的无形访客就会像微小的匕首一样刺穿我们。若不是大气层的减速阻力，就连雨滴也会把我们砸晕。
关于我们的大气层，最引人注目的一点是它的量并不多。它向上延伸约120英里，从地面上看似乎相当丰厚，但如果你把地球缩小到标准桌面地球仪的大小，大气层的厚度大约只相当于几层清漆。
为了科学研究的方便，大气层被分为四个不等分的层次：对流层、平流层、中间层和电离层（现在常称为热层）。对流层是我们赖以生存的部分。只有它含有足够的温暖和氧气，能让我们维持生命活动，尽管即便是对流层，当你往上爬升时，它也会迅速变得不适宜生命。从地面到最高点，对流层（或称“转向层”）在赤道处约有十英里厚，而在我们大多数人生活的温带地区，高度不超过六七英里。大气层百分之八十的质量、几乎所有的水汽，因此几乎所有的天气现象，都包含在这个薄而缥缈的层里。在你和万劫不复之间，确实没什么屏障。
对流层之外是平流层。当你看到暴风云的顶部变平成经典的砧状时，你看到的就是对流层和平流层的边界。这个无形的顶界被称为对流层顶，由一位乘坐气球的法国人莱昂·菲利普·泰瑟伦·德·博尔于1902年发现。“顶”（pause）在这里并非指短暂停止，而是完全终止；它与“更年期”（menopause）一词源自同一个希腊词根。即使在最大范围处，对流层顶也并不遥远。现代摩天大楼使用的那种快速电梯大约二十分钟就能到达那里，不过强烈建议你不要进行这样的旅行。在没有加压的情况下如此快速地上升，至少会导致严重的脑水肿和肺水肿，即身体组织中危险的液体过多。当观景平台的门打开时，里面的任何人几乎肯定已经死亡或濒临死亡。即使是更平稳的上升也会伴随着极大的不适。六英里高空的温度可达华氏零下70度，你会需要，或者至少非常感激补充氧气。
离开对流层后，温度很快会再次回升，达到华氏40度左右，这得益于臭氧的吸收效应（这也是德·博尔在他1902年那次大胆的升空之旅中发现的另一件事）。然后温度骤降，在中间层低至华氏零下130度，接着在名副其实但非常不稳定的热层急剧升高到华氏2700度或更高，这里的温度昼夜之间可以相差一千度——尽管必须说明，在那样的高度，“温度”变成了一个有些概念化的东西。温度实际上只是衡量分子活动性的一个指标。在海平面，空气分子如此密集，一个分子在撞上另一个之前，只能移动极小的距离——精确地说，大约是百万分之三英寸。因为数以万亿计的分子不断碰撞，大量的热量得以交换。但在热层的高度，五十英里或更高，空气是如此稀薄，任何两个分子之间都相隔数英里，几乎从不接触。因此，虽然每个分子都很热，但它们之间的相互作用很少，热传递也就很少。这对卫星和宇宙飞船来说是好消息，因为如果热量交换更有效率，任何在那个高度运行的人造物体都会燃烧起来。
即便如此，宇宙飞船在外层大气中也必须小心，尤其是在返回地球的旅程中，正如“哥伦比亚”号航天飞机在2003年2月所极其悲惨地展示的那样。虽然大气层非常稀薄，但如果飞行器以过陡的角度——大约超过6度——或过快的速度进入，它可能会撞击到足够多的分子，产生极易燃烧性质的阻力。相反，如果进入的飞行器以过浅的角度撞击热层，它很可能像水面上跳跃的石子一样弹回太空。
但你无需冒险到大气层的边缘，就能意识到我们是多么无可救药地依赖地面。任何在高海拔城市待过的人都知道，从海平面上升不用太多千英尺，你的身体就会开始抗议。即使是经验丰富的登山者，凭借着良好的体能、训练和瓶装氧气，在高海拔地区也很快变得容易出现意识模糊、恶心、疲惫、冻伤、体温过低、偏头痛、食欲不振以及许多其他使人步履蹒跚的功能障碍。人体以一百种强调的方式提醒它的主人，它并非设计来在远离海平面的高处运作的。
登山家彼得·哈贝勒在描述珠穆朗玛峰顶的状况时写道：“即使在最有利的情况下，那个高度的每一步都需要巨大的意志力。你必须强迫自己做每一个动作，抓住每一个支撑点。你时刻受到铅一般沉重而致命的疲劳的威胁。”英国登山家兼电影制作人马特·迪金森在《珠峰的另一面》中记录了霍华德·萨默维尔在1924年英国珠峰探险队中的经历，“一块受感染的肉脱落并堵塞了他的气管后，他发现自己快要窒息而死。”萨默维尔拼尽全力才咳出了那块堵塞物。结果发现那是“他喉部的整个粘膜内壁”。
在25000英尺以上——登山者称之为“死亡地带”——身体不适是众所周知的，但许多人在仅15000英尺左右的高度就会变得严重虚弱，甚至病危。易感性与体能关系不大。老奶奶们有时在高海拔地区蹦蹦跳跳，而她们体能更好的后代却瘫软无力，呻吟不止，直到被送到较低海拔地区。
人类持续生活的绝对极限似乎在5500米左右，即18000英尺，但即使是适应了高海拔生活的人也无法长期忍受那样的高度。弗朗西丝·阿什克罗夫特在《极端生存》中指出，安第斯山脉有海拔5800米的硫磺矿，但矿工们宁愿每晚下降460米，第二天再爬上来，也不愿持续生活在那个海拔高度。长期生活在高海拔地区的人们往往经过数千年的演化，形成了比例失调的大胸腔和肺部，使他们携带氧气的红细胞密度增加了近三分之一，尽管血液供应能承受的红细胞增稠程度是有限的。此外，在5500米以上，即使适应能力最强的女性也无法为成长中的胎儿提供足够的氧气，使其足月发育。
在18世纪80年代，当人们开始在欧洲进行实验性的气球升空时，令他们惊讶的一件事是随着升高，气温变得多么寒冷。每升高一千英尺，温度大约下降华氏3度。逻辑似乎表明，你越靠近热源，感觉就会越暖和。部分解释是，你并没有真正意义上更靠近太阳。太阳距离我们九千三百万英里。向它靠近几千英尺，就像你站在俄亥俄州，向澳大利亚的一场丛林大火迈近一步，就期望闻到烟味一样。答案再次回到了大气中分子密度的问题。阳光给原子提供能量。它提高了原子振动和跳跃的速率，在活跃状态下，它们相互碰撞，释放热量。当你在夏日感觉到阳光温暖你的背部时，你感觉到的其实是兴奋的原子。你爬得越高，分子就越少，因此它们之间的碰撞也越少。
空气是具有欺骗性的东西。即使在海平面，我们也倾向于认为空气是轻飘飘的，几乎没有重量。事实上，它有相当大的体积，而且这体积常常发挥作用。正如一个多世纪前一位名叫怀维尔·汤姆森的海洋科学家所写：“我们有时早上醒来，发现气压计上升了一英寸，这意味着几乎半吨的重量在夜间悄悄地压在了我们身上，但我们并没有感到不便，反而有一种兴奋和轻快的感觉，因为在更稠密的介质中移动我们的身体需要更少的力气。”你没有被那额外的半吨压力压垮的原因，与你的身体在深海下不会被压碎的原因相同：它主要由不可压缩的液体构成，这些液体会向外推，平衡内外压力。
但是让空气运动起来，比如飓风，甚至只是强风，你很快就会意识到它具有相当大的质量。总的来说，我们周围大约有5200万亿吨空气——地球上每平方英里有2500万吨——这是一个不容忽视的体积。当数百万吨的大气以每小时三十或四十英里的速度呼啸而过时，树枝折断、屋瓦翻飞也就不足为奇了。正如安东尼·史密斯指出的，一个典型的天气锋可能由7.5亿吨冷空气被十亿吨暖空气压在下面组成。难怪结果有时在气象学上令人兴奋。