太阳系中只有地球适宜人类居住，是什么条件使地球有别于系内的其他行星？宜居性（habitability）的先决条件是生命是否可以存在。而生命存在的先决条件，以目前的科学认识，有以下几个要素。

首先是受到的高能辐射不能太强，否则原子、分子都会被离子化，复杂的有机分子更不能存在，没有大气保护的水星和月球表面就有这个问题。其次是温度不能太高或太低，否则水不能以液态存在。在地球两旁，比地球较接近太阳的金星是太热，而较远的火星和其他距太阳更远的行星便是过冷了。再次是有没有维持以上条件的保护层，这包括有足够密度的大气层和磁层。地球大气吸收了能量在紫外B以上的阳光，又阻止了太阳风和宇宙射线的高能粒子到达地面。磁层也有阻隔高能粒子的功效，它还保护了大气层，减低空气分子的逃逸，使大气不被太阳风刮走。

对于人类来说，大气的化学成分也是非常重要的。地球的大量氧气（自由氧）在太阳系中是独一无二的。不过在地球形成初期氧气并不多，氧气如何在后期产生成为一个重要的疑问。一种流行的说法是大气中的氧经生物光合作用由CO2解放出来。但是根据对有机碳沉积岩（organic carbon sedimentary rock）的分析，发现在该过程中释放出来的氧不足以提供现有大气中氧的数量。目前一种更新的解释是海洋与陆地板块对撞，导致海洋板块下沉，把含H2O的矿物带到高温的地幔，再经氧化还原（redox）化学反应而把氧放出，氢则经火山排出而最终经逃逸层丢失。

图8.9　地球氧的释放与吸收

氧气对于地球生物的发展非常重要。大多数的氧原子是存储在岩石圈，主要是以氧化物的形式存在，不过逗留时间很长。大气中的氧原子主要是依赖生物的活动来循环，光合作用释放出二氧化碳中的氧，而呼吸与分解又把氧原子吸收到生物圈中。

地壳板块对撞、下沉对大气改造还有另一个重要贡献，就是把CO2制成的沉积碳酸矿物（由溶于水的CO2与钙、铁、镁等化学离子合并而成）贮藏到地下。这个地质过程对调节大气中的CO2量非常重要，其时间尺度在千万年以上。由此可知，地壳板块活动对宜居性也发挥着重要作用。而这种地壳板块活动，只是地球才有。(www.daowen.com)

图8.10　全球温度与二氧化碳空气中浓度的变化

目前，已有很多科学的证据显示地球表面的温度与大气中二氧化碳的含量有着密切的关系。在过去100多年里，二氧化碳的浓度不断攀升，全球变暖也与其同步进行。

在此还应一提全球变暖（global warming）这个相关现象。现代全球变暖的原因是人类为提取能源而大量释放本来已被束缚在地下的碳，使空气中的CO2在近百年来急速上升（浓度增加了约1/3）。CO2是温室气体，它让太阳传来的可见光自由到达地面而阻碍了发散地球热量的红外光（infrared radiation）外逸，故此CO2的增加导致地面温度上升。全球地面平均温度在近40年来升了约0.5℃。这个不大起眼的数字，已导致海面每百年上升0.3～1米（主要由于热膨胀），影响沿海低洼地区的居住环境。例如位处西南太平洋的基里巴斯（Kiribati）岛国，有32个岛已不宜居住，需要迁移10万以上居民。北极的夏季将会在2030年左右变得完全无冰，带来生态危机。全球变暖最显著的征兆是全球气候极端化，台风、暴热、干旱、暴雨、暴寒、暴雪等天气现象变得更激烈和频密。区域农业生产环境因而改变。此外，微生物与蚊蝇滋长加快；严重疾病（如疟疾、腹泻病、登革热等）的传播与流行更广泛；心血管病的发作亦会因极端热浪和寒流的频繁出现而增加。过去3年，与全球气候变化相关的灾害估计已造成6500亿美元的经济损失，是全球国内生产总值的0.25%，根据联合国专家小组的估计，这数字在2040年会增加80倍。

空气中的CO2可以被海洋吸收，而更彻底的是经板块沉降而储到岩层之中，但是前者需时数百年，而后者需时数百万年，全球变暖的危害迫在眉睫，如何应对，在未来几十年内会成为人类面对的严峻挑战。