大氣：萬物的起源

前言

一九六○年八月十六日上午七點
約瑟夫．基廷格（Joe Kittinger）高懸在新墨西哥州上方三十多公里空中。十一分鐘過去了，他在吊艙裡面蓄勢待發。那是個開放式吊艙，掛在一顆龐大氦氣球底下緩慢旋轉。儘管太陽早就升起，周圍大氣依舊黝黑猶如午夜。遙望下方，地球的彎曲表面朝遠方延伸，構成一弧地平線，映襯漆黑太空、綻現一圈藍色光暈。

這道光圈就是大氣，地球擁有最寶貴的禮贈。地球的璨藍色澤不是得自海洋，而是染自天空。凡是見過那道細膩光暈的太空人，返航之後都會告訴我們：他們不敢相信，那讓地球顯得多麼嬌弱，卻又無比美麗。 回到地表，沒有了那種崇高視角，大家往往等閒看待我們的大氣層。然而，空氣是宇宙間最奇妙的物質之一。單憑這道黯淡藍線，就讓地球從荒涼岩塊，轉變為充滿生命的世界。而且在地表和要命的太空環境之間，也唯有靠這道屏障，保障脆弱的地球生靈。

基廷格卻越出了大氣保護圈。到了太空邊際高處，大氣十分稀薄，只要壓力衣失靈，不消幾分鐘他就會死亡。首先他的口水會冒泡，接著他的雙眼爆出、腹胃腫脹，最後血液也要開始沸騰。儘管他是美國空軍的試飛員，歷經種種凶險，然而這樣的危險處境卻也是有生以來第一遭。

他獨自待在吊艙裡面，對這種險境瞭然於胸。他有種奇妙感受，那裡的近真空似乎觸摸得到，彷彿有層毒氣團團包裹。黑暗景象令人心驚，他遙望下方雲層屏幕，卻看不穿障壁也完全瞧不見家鄉，這更令他不安。他用無線電和地面管制站通訊。他說：「我上方的天空很不友善，人類永遠不可能征服太空。或許可以到那裡居住，但想要征服卻是永無指望。」

他拖著腳步走向艙門，身負七十公斤重的保命裝備、儀器和攝影機，他的靴子略為伸出邊緣，在那裡站了一會兒。他雙腳下方十數公分處有塊標誌，上書「世上最高的階梯」。他從嚴密封合的頭盔裡吸了一口純氧。他說：「求主保守我，」接著便縱身躍下。

剛開始基廷格並不覺得自己向下墜落，他見得到腳下遠方的暴風雲渦漩，卻看不出雲層逐漸接近。由於周圍的空氣十分稀薄，他聽不到聲音，感受不到風吹，也毫無其他線索足以顯示，他正在人類有史以來最凶險的環境中向下急墜。他在空中攤開四肢，心中湧現幾可算是祥和的感受。他飄浮在一片虛無的海上。

儘管那裡的環境危險，卻仍在保護他。太空中的無壓力情況並非唯一風險，那裡還有大半來自太陽的密集輻射，它們不斷轟擊。太陽每天都為地球帶來光和熱，讓我們能夠生活在這裡，但它也同時釋出彩虹頻譜致命的那端———X射線和紫外光。

感謝我們的天空介入干預，這種輻射始終不會抵達地表。基廷格上方約八十公里處，少數空氣原子稀疏散布，它們發揮警戒哨的功能，負責攔截、吸收那批致命X射線。那批原子在這個過程中被撕扯擊碎，加熱到攝氏一千度。它們構成電離層，那層稀薄大氣的主導力量是電。那裡有龐然藍火從雷雨雲的頂部向上噴發，從地表卻見不到這種上下顛倒的雷霆閃電。來自太空的隕石在這裡灰飛煙滅、化為道道燦爛光芒，變成我們口中所說的流星。隕石帶來金屬在大氣中層層潑灑，從而使電流得以在地球上空四處飛竄。無線電廣播便由這處荷電表面反射，朝四面八方彈往全球各處。

再往上看，基廷格上方的空氣還要面對更猛烈的攻勢，那種打擊力量稱為太陽風。來自太陽的荷電粒子噴流以極高速度朝地球射來，時速超過一百六十萬公里，還趁勢劫掠我們的大氣、把氣層向地球後方推湧構成一道尾跡，讓地球看來就像顆龐大的彗星。

不過在此之前，太陽風必須先通過我們強固無雙的精銳防線：地球磁場。磁場拉動羅盤針指向北方，除了這項用途，我們在地表很少注意到它。但其實地球的彎拱磁場影響遠播，及於我們頭頂幾萬公里高空，磁場還迫使太陽風向四方繞道，就像水流受迫繞過船頭；基廷格上方遠處，道道磁性防護拱弧會導開太陽風，不致造成傷害。磁場防護十分周密，只有少數粒子漏網滲入兩極空域並與大氣對撞，帶來舞動極光，照耀南、北兩極。

儘管如此，我們的防護大氣幾乎全都位於地表上方幾公里範圍，而基廷格進行那次劃時代高空縱躍之時，大氣也大半位於他的下方。墜落幾秒鐘後，他踢腿扭身面朝上方，這時就可以見到他那顆白色飽脹渾圓氣球，以極端高速朝暗空直射而去。基廷格知道，這只是個錯覺。氣球仍然在他躍出的位置緩緩飄浮。其實是他自己以接近聲速，由高空向下墜落。

這時基廷格正翻滾穿越地球的另一道重要防護屏障：臭氧層。他的周圍散布一團無形氣體雲霧，所有溜過電離層的無形紫外線，全在這裡被吸收盡淨。臭氧是種奇妙的東西。地表附近的閃電和火星塞偶爾都會生成臭氧，它聞起來像電線失火，還會讓你氣噎。然而在上空高處，臭氧卻十分機敏又很容易再生。基廷格周圍的臭氧分子受紫外線轟擊分裂，接著便沈著重新構組。就像摩西遇見的著火樹叢，儘管烈燄不止，卻永遠不會燒毀。

兩萬五千公尺、兩萬公尺，繼續往下。壓力危機解除，這時就算壓力衣出現破洞，基廷格的血液也不會沸騰蒸散到空中。不過他還要面對最後一項危機：他已經抵達這趟下墜歷程的最寒冷階段，到了那裡，溫度已經降到零下七十二度左右，他的壓力衣加熱裝置也成為最重要元件。

接著就遇上雲層和氣流，基於種種跡象顯示基廷格終於逐漸接近老家了。一萬兩千公尺、一萬公尺，繼續往下。他就要下墜到聖母峰標高以下了。這時若有噴射機恰好飛經附近空域，就會看到一個身著古怪服裝的人，飛竄飆過窗口。他早先在吊艙見到的雲層，那時遮擋視線讓他見不到老家的屏障，現在便急速向他衝過來。儘管他知道雲朵只是一群觸摸不到的細小水滴，卻依舊蜷曲身體，雙腿上抬，下意識預備承受衝擊。他觸及雲朵那一剎那，降落傘同時開啟，這時他知道，自己可以活下去了。「四分鐘三十七秒自由下墜！」他對著語音記錄器發話，「啊?哇啊！」

這時基廷格已經安全下墜到大氣的最低層：對流層。這裡的大氣，與其說是一道防護屏障，倒不如說是促成地球轉變的契機，這是一層濃密的空氣厚毯，還有氣流和氣候現象，為我們的行星帶來生命，也把地球轉化為可居之所。基廷格越過了極度乾旱的太空，這時雲朵染上片片濕氣在他的面罩上。空氣逐漸濃密，他可以感受到那種拉扯。這時天空已經充滿生命，只是他還見不到它們。隨風攀升的菌群黏附於雲霧微滴，在遠離家鄉的地方搜尋新的侵染對象。昆蟲一路飄盪前往新的覓食場所，而種子則飄向更肥沃的土壤。

還有，謝天謝地，兩架搜救直升機就在附近盤旋。隨著地面迅速接近，基廷格持刀奮力切除他的重裝備套件好減輕著陸衝擊，然而最後一條管子，卻是怎麼切都切不斷，他放棄了，改打開頭盔護罩深吸一口新鮮空氣。空氣湧入他的肺部，氧氣躍過細胞膜進入血液細胞，讓它們轉呈帶了燦爛生機的血紅色澤。（其中有些氧氣則著手引發一場歷日曠久、從這輩子吸入第一口空氣開始，便延續不斷的狂躁歷程。這批無賴分子，還會繼續在基廷格臉上留下痕跡，拖累他的身體，持續我們所說的老化進程。）

最後，經過了十三分四十秒飛行時間，基廷格跌撞摔入矮樹叢中，著陸地點位於新墨西哥州土拉羅沙（Tularosa）以西約四十三公里處。醫事、地勤人員、後援隊伍和媒體記者，紛紛湧出直升機，趕往他著陸的地點。他的面罩開啟，對眾人露出笑容。他說：「我很高興回來和大家重逢。」儘管沙漠景致實在稱不上蒼翠，但在這個曾經超越大氣層的人眼中，絲蘭和灌木艾卻是充滿生機。後來他還說：「我在十五分鐘之前到了太空邊緣，而現在就我看來，自己是身處伊甸園。」 美國空軍上尉，約瑟夫．基廷格二世成為墜落地表生還的第一人。這項壯舉無人能及，他從太空邊陲出發，穿越稀薄空氣，進入濃密大氣並回返家園，彰顯出地球的若干非凡特色。

太空幾乎近得觸摸得到。我們頭頂區區三十數公里以上，就是一片風險四伏的駭人環境，我們到了那裡就要被凍僵、燒焦，終至沸騰喪命。然而，我們的周遭大氣，卻提供那麼周延的防護，甚至讓我們對那些凶險都懵然無知。這就是基廷格那次飛行帶來的訊息，也是所有探測地球大氣的先驅人物留給我們的啟示：我們不只是住在大氣中。我們的生命都是拜它所賜。

南極天空

南極洲在二十世紀五○年代還是個險峻的地方，但那裡的研究站，恐怕沒有幾處比英國南極調查署（British Antarctic Survey）設於郝利灣（Halley Bay）最偏遠的前哨站更為艱困險要。郝利灣基地設於一片冰架，和南極點相距約一千六百公里。那裡的溫度從未提昇超過冰點，冬季時還可能陡降低達攝氏零下四十六度。還有個更嚴重的問題，那就是風。強風狂嚎席捲平坦冰架，颺起積雪刮出陣陣雪暴，帶走大量體溫，還把第一批強悍小木屋掩埋到只露出屋頂圁。



郝利灣的古老傳統在世界其他地區早就式微，然而在這裡卻依舊盛行。那裡的男人蓄留山羊鬍子，講的是只適用於南極的晦澀俚語和粗魯幽默。那裡有拉雪橇的狗群，極目四望只見一片平坦的荒涼雪地。那裡沒有溫柔，沒有安逸，也沒有女人圂。



約瑟．法曼（Joe Farman）是個老派英國人，生性沈靜，常叼根菸斗。自一九五七年以來，他就在這處嚴峻前哨站主持研究。每年，在南半球春夏兩季，英國南極調查署的科學家便跋涉前往郝利灣，測量頭頂高空的臭氧含量。 為什麼測量臭氧？為什麼去那裡？最早是想要利用臭氧動態來測繪上層大氣的氣流，到了二十世紀七○年代，莫利納和羅蘭的氯氟烴發現進一步刺激這項研究，提供了更多推力。不過沒關係，反正法曼遲早還是會做完研究。雖然測量有趣的大氣成分並留下長期紀錄，最後往往能發揮高度用途，但整理紀錄通常不是一件討好的工作，而整理的人通常無從曉得這時下的功夫到底能成就什麼。法曼做這項計畫沒有拿到很多錢，不過成本也沒那麼高，而且總是有充分志願人手來進行測量。



一九八四年年初，法曼的撥款單位老闆來訪，又一次問他，為什麼那麼固執、堅持記錄那種冷門資料。法曼回答：「氯氟烴產業的規模很大，還有人寫文章說臭氧正在改變。所以只有坐在這裡不斷測量，才能看出臭氧是不是真的改變了。」他的老闆回答：「你這些測量結果只能留給後代。那你告訴我，後代對你能有什麼貢獻？」



法曼關於氯氟烴的說詞有些不老實，有個祕密正在他心頭醞釀，他私藏這個機密已經三年。但是同一年稍後，他決定對外透露。剛開始法曼不怎麼相信這組經年累月記載的長串測量數值，它們顯得有些古怪。從冬季黑暗月份到陽光再次照耀之間，郝利灣的臭氧總是有些微變動。不過，從一九七七年開始，情況出現變化。每年在十月初春階段，臭氧會急遽減量。這種驟減情況一年年惡化。一九八三年，法曼依照常態趨勢預期臭氧含量應達三百單位，結果他所見讀數還不到兩百單位。



剛開始，法曼和另外兩位同事都保持緘默。他們不想被世人當做傻子。過去五年期間，美國航太總署有一顆衛星持續對南極上空全面測量臭氧，也始終沒有注意到任何差錯。或許是法曼和他的團隊使用的儀器古怪，也或許是郝利灣本身就有點古怪。所以從一九八三到八四年那個季節，法曼運了一件新儀器到郝利灣。他還檢視了另一個英國研究站的紀錄，那個基地位於更偏北超過一千六百公里的阿根廷群島（Argentine Islands），根據這兩處研究站的資料可以確認郝利灣的紀錄正確無誤。這時每當南半球進入春天，臭氧都要消失百分之四十。天上有個破洞。



當法曼看出這點，便把他的英國式審慎態度拋到九霄雲外。他和兩位同事合著一篇論文投遞到《自然》雜誌，在聖誕夜送達雜誌社，並於一九八五年五月刊出。莫利納和羅蘭的文章幾乎沒有激起絲毫即時效應，法曼卻掀起一場騷動。其中最感驚愕的是唐納德．希斯（Donald Heath）的研究團隊。希斯研究團隊隸屬航太總署戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center），負責協調該署雨雲七號（Nimbus-7）衛星的臭氧測量任務。他們從資料看不出破洞。法曼團隊在講什麼啊？



希斯團隊匆匆調出他們的資料重新核對。結果令他們羞赧難堪。按照資料回復程式的設計功能，所有亂真數值都會先被剔除，研究員檢視結果時根本看不到，這樣才不會受到惱人的測量誤差干擾。凡是落於一百八十以下的臭氧測量值，顯然都很荒謬，於是就這樣被倒進陰溝。衛星確實看到法曼的臭氧破洞，但因為他們熱心過頭的程式，研究人員什麼都沒看到。這時他們使用一九七九年到一九八三年的正確資料，看出南極上空出現了一個美國本土大小的破洞。就某些情況而言，臭氧含量還減至一百五十單位以下。



希斯團隊學到一個地球大氣方面的重要教訓。就算你信心滿滿、自詡通曉空氣汪洋的運作方式，最好還是要有心理準備，你隨時有可能面對始料未及的情況埌。 同時，臭氧研究學界方寸大亂。連莫利納和羅蘭的最悲觀論述都沒有料到這等極端慘況，還這麼快就應驗。沒有絲毫跡象顯示全球其他區域有這種破洞，所以這肯定和南極洲的極端環境有關。但那是什麼因素呢？



全世界各大學的研究實驗室和咖啡區，討論焦點開始向南極平流層的第一項特點，也是最顯眼的特徵匯聚：那是地球上空最孤立的大氣區域。每年冬季四方風起，沿著那片冰封大陸邊緣吹襲，最後構成一圈巨大渦旋，氣牆區隔開南極空氣和偏北空域有微風吹拂的較暖大氣，南極空氣被這圈龐大旋風陷捕，溫度穩定下降、愈來愈冷。接下來，南極洲上空就出現了一個新式雲種。



普通的雲都是由液態水滴構成，也得以在對流層幾乎所有高度形成。對流層是地球大氣的最底層，也就是我們體驗風霜雨雪的生活範圍。當你穿過這層大氣逐漸攀升，氣溫也穩定下降，一直到對流層最高處溫度降到最低點。超越這點，緊接著就是平流層。這裡有臭氧分子攔下陽光並暖化空氣，於是氣溫開始提昇。這兩層大氣之間的極冷點，會陷捕所有水汽並轉為雲朵、化為雨水落回地表。這是一道密不透水的屏障，就像一疋壯闊防水布延伸環繞全球，讓底層大氣保持濕潤，上層大氣則完全乾燥。因此平流層幾乎從不出現雲朵。



然而，平流層仍有些許水分從底層滲漏上來，而且當氣溫夠低，水分會凝固成微細冰粒。南極平流層在冬季就會發生這種現象。



這種雲朵很漂亮，散發鮑殼內側那種彩虹光澤，展現種種不該在天空見到的桃紅、紫色和璨藍色彩。到了春天，極地長夜過去，太陽重回天空，這時彷彿無中生有，冰粒在日出或日落時分憑空出現。其實，雲朵始終都在那裡，不過要等到太陽逆轉地平線的明暗兩側，才能勾勒出雲朵的身影，這時的陽光就像一盞聚光燈，以最後一道陡峭光束照耀雲層。接著，天空突然閃現光輝，就像灑滿了孔雀羽毛。早期探險家以細膩水彩創作來表現那種效果。他們全沒料到，後來那會變得多麼危險。

前言一九六○年八月十六日上午七點約瑟夫．基廷格（Joe Kittinger）高懸在新墨西哥州上方三十多公里空中。十一分鐘過去了，他在吊艙裡面蓄勢待發。那是個開放式吊艙，掛在一顆龐大氦氣球底下緩慢旋轉。儘管太陽早就升起，周圍大氣依舊黝黑猶如午夜。遙望下方，地球的彎曲表面朝遠方延伸，構成一弧地平線，映襯漆黑太空、綻現一圈藍色光暈。 這道光圈就是大氣，地球擁有最寶貴的禮贈。地球的璨藍色澤不是得自海洋，而是染自天空。凡是見過那道細膩光暈的太空人，返航之後都會告訴我們：他們不敢相信，那讓地球顯得多麼嬌弱，卻又無比美麗。...