我们的地球已经46亿岁了。在漫长的岁月中，地球大气的成分发生了很大变化。第一阶段叫原始大气，第二阶段叫还原大气，第三阶段叫氧化大气，也就是现代大气。前两个阶段里大气中都没有氧气。氧气是在出现原始生命后由植物的光合作用产生的。光合作用使二氧化碳逐渐减少，使氧气逐渐增加。于是地球上的生命开始大量繁衍，成为生机勃勃的可爱的星球。
85千米以下的大气，由定常成分和可变成分组成。定常成分以氧、氮为主，还包括氩、氦、氖、氪、氙等惰性气体。可变成分有水汽、二氧化碳、一氧化碳、臭氧、甲烷、甲醛、二氧化氮、氧化亚氮、氨、二氧化硫、氯、碘、氢等。定常成分占了大气的99.966％以上。而可变成分除水汽外，其他成分都很少。
如果以各种气体容积的百分比构成来看，则氮为78.08％，氧20.95％，氩0.9％，氖0.018％，氦0.0005％，氪0.0001％，氢0.0005％，氙8×10-8％，臭氧1×10-6％，氡6×10-18％，二氧化碳0.0％。大气中这种气体的比例从海平面到150千米的高度一般都不改变，仅是不同的高度气压不同。大气中的水汽占全部空气容积的1％～％。此外，还有雨滴、冰晶、花粉、孢子、气溶胶等，也可有土壤中有机沉积分解后产生的气，以及工业生产过程和燃料燃烧后产生的废气。大气除去水汽和各种杂质的整个混合气体称为“洁净空气”。
洁净空气中各种气体的临界温度都很低（如氮为-147.2℃，氧为-11.9℃，氩为-122.0℃）。在自然情况下，这样低的温度不会出现，因此，大气的主要组成成分就永远为气态。
大气中雨或雾的小水滴，其pH值变化较大，据测定为2.6～7.2。高山地区pH小，平原地区则稍大。
大气成分中的氧气是人类生存所必需的，其他有些成分对人体的生理也有一定影响。在距地面1050千米的中层大气中存在的臭氧层，能强烈吸收太阳辐射中的紫外线，这些紫外线超过了人们在地面所接收到的数百倍，这一剂量人类是无法承受的。当臭氧的浓度为百万分之二至三（2—ppm）时可刺激人的呼吸道，但这一浓度为大气中臭氧的80倍，因此除非高空飞行，一般不会受臭氧的危害。
大气中还含有碳、镁、氧等稀有元素，它们可能以气溶胶的形式存在，这些元素可影响人的甲状腺与神经系统。
从物理化学的角度来看，大气是一种气溶胶，大气中悬浮着细小的固体和液体颗粒。颗粒大小一般为2毫微米～5微米。5微米的颗粒其质量相当于10-9克，而能悬浮于大气中。颗粒大于50微米不能在空气中悬浮。
如大气气溶胶平均含有0.1微米的颗粒104／厘米，那么气溶胶比较稳定，这一般是在大气没有污染时。事实上，大气中的颗粒一般超过4×106，厘米。如果气溶胶中含有的颗粒容积固定，那么颗粒愈小，接触面愈大，这样，各种化学反应的速度也就更快。如1毫升水组成1滴水，其直径为1.24厘米，面积为4.84厘米2，同样1毫升水分为5.2亿粒、直径为10微米的小水滴，其面积达到6000厘米，这可以解释有时大气中有毒气体的浓度不大，但在雾天却对人体的危害很大。
由此可见，大气是一个由很多成分组成的。大气这些成分是我们不可以须臾离开的。那些分量很少的可变成分，对人类和各种生物的生存环境也是十分重要的。正是水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等的温室效应给我们提供了舒适的环境，正是平流层中的臭氧保护我们免受太阳紫外线辐射的伤害，它们就是大气里的微量元素，是人类生存不可或缺的。
我们人类生活的地球，诞生于46亿年前。刚诞生的时候，地球是一个火球，温度高极了。后来逐渐冷却下来，周围形成了大气。经过极其漫长的年代，才开始有了生命。直到00万年前，才有了人类。人类能够在地球上出现并且繁衍至今，大气立下了汗马功劳。可以说，没有大气，就没有我们人类。
大气为人类做了哪些好事呢？
1.它是人类舒适的温室
大家都熟悉玻璃和塑料做的温室。这种温室太阳光能射进去，但里面温度比室外要高得多。从太阳上来的电磁波，其大部分能量分布在波长0.2—4微米的范围内，其中一半左右是0.9—0.76微米的可见光，就是人眼能看见的那一部分电磁波。
紫色光中心波长是0.42微米，短于0.9微米就是紫外线了。红色光中心波长是0.70微米。超过0.76微米就是红外线了。玻璃和塑料能让太阳光中的可见光透过而把红外线吸收。用它们做成温室，可见光将透过其表面进入，而红外线却被玻璃和塑料吸收，并再以红外线的形式向内辐射，温室里的温度就升上去了。
大气中的水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷和氧化亚氮也具有玻璃和塑料这样的性质。来自太阳的电磁波，大部分可见光透过大气到达地面，而波长0.8—微米的所谓近红外线，大部分被水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷和氧化亚氮所吸收。地球在吸收了可见光之后，又放出红外线，其中大部分也被这些气体所吸收。
这些气体在吸收了太阳辐射中的红外线和地球放出的红外线之后，又向地面和大气放出红外线。这些红外线使地球表面和近地面大气的温度升高。
如果没有大气中这些气体，听任地球放出的红外线逸向太空，地面平均温度将是-18.5℃。我们今天生活在地球的地面平均温度是零上15℃。这两个温度相差.5℃。这.5℃是怎么来的呢？正是这些气体吸收了红外线后升上来的。因此，我们把这叫做大气的温室效应，把水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷和氧化亚氮等叫做温室气体。
正因为有了大气的温室效应，我们才在15℃的地球上生活得很自在。所以说，正是大气这个温室给我们人类造了福。
2.它让人类遍布全球
前面所说的15℃是地面平均温度。地球上是不是每一个地方都是同一个温度呢？不是的。大家都知道赤道热，极地冷，中纬度温和。
不过，赤道再热，极地再冷，当地居民还是能生活。但是，如果没有大气帮忙，这里的居民就无法忍受了。情况是这样的，地球是个椭圆形的球，只有靠近赤道的地区才有机会得到直射的太阳光，越向两极太阳高度角越低，因而得到的太阳辐射越少。
如果没有大气，赤道要比现在热得多，极地要比现在冷得多。有了大气，热带的空气受热膨胀，变得轻飘飘的，不断上升。在极地，空气受冷压缩，变得沉甸甸的，不断下沉。热带上升的空气到达高空后向极地流去，使极地原本很冷的空气变暖。极地下沉的空气贴着地面向热带流去，使热带原本很热的空气变凉。这样一来，热带和极地的气温都能得到调节，当地居民就可以生活了。
.它是孕育生命的摇篮
大气中含有氧，人类的呼吸和由此进行的血液循环就是靠它维持的。大气中又含有二氧化碳，植物在阳光的照射下用二氧化碳和水通过光合作用制造养料，从而维持生命。有了植物，人类就有了食物，许多动物也有了食物。有了动物我们就有了美味的肉食。
大气中还含有水汽，这些水汽被太阳一晒就升到天上去了，水汽到了高空一变冷，就变成雨降下来了，水到了地上，渗入土壤，流人江河湖泊，归人大海。然后再升到空中，再降下来。这个过程循环往复，在科学上叫做水分循环。有了水，我们人类和一切动植物就能生活。
以前认为阳光、空气和水，是孕育生命不可或缺的。新的科学成果证明，在海洋深处，没有阳光，没有空气，但那里仍然有生命。在那里，有植物，有鱼、虾、蟹，还有大量细菌，它们生长速度缓慢，近似冬眠。由此可见，就目前所知，如果没有大气，就不会有人类和各种动物，也不会有新陈代谢十分旺盛的各种植物了。
我们已经知道了大气对人类是多么重要，那我们就应该对大气有更多的了解。让我们从最基本的大气知识开始。
人类经过不懈地探索和追求，对大气层的认识越来越清晰了。科学家发现，在不同的高度上，大气的情况是在变化的，于是就人为地把大气分成5个不同的层次，以便于更好地研究大气。
1.对流层
这一个层次从地面向上，直到10多千米左右的范围，是大气层的最底层。对流层范围因纬度而不同，极地从地面到7—10千米，中纬度到10—12千米，赤道到16—18千米。在这个范围内，大气的温度随着高度的增加而不断下降，每升高1千米降低6.5℃，在11千米附近，温度下降到-55℃。
大气质量的／4以上集中在对流层里。对流层因对流旺盛而得名。在这层里，大气活动异常激烈，或者上升，或者下降，甚至还会翻滚。正是由于这些不断变化着的大气运动，形成了多种多样复杂的天气变化，风、云、雨、雪、雾、露、雷、雹也多发生在这个层里，所以也有人称这层为气象层。这层的顶叫对流层顶。
对流层底部靠近地面的一层称为边界层，亦称摩擦层。边界层厚度约为00—2000米。边界层的特点是它的运动具有湍流特征。
大气中有两种运动形式。一种叫层流，一种叫湍流。层流看上去平顺清晰而没有混杂现象，例如燃烧着的香烟头附近细细的烟流。湍流则显得杂乱无章。例如烟囱里冒出来的滚滚浓烟。大气中的湍流表现为运动在瞬间有不规则的变化，这种变化称为脉动，在垂直方向和水平方向均可发生。速度、温度、气压都会出现快速的大幅度脉动，并随时间和空间而变化，各层间还有强烈的混合。
湍流只是看起来杂乱无章，实际上它仍遵循一定的科学规律。大气湍流与人们的生产和生活息息相关。空气中的污染物靠湍流来扩散，化学反应的速度靠湍流来加快。然而，晴空湍流则会导致飞机失事，带来灾难性的后果。
2.平流层
从对流层顶向上到55千米附近。平流层内大气基本上为水平运动，垂直运动非常微弱。在这个范围里，温度不再像对流层里那样不断下降了，它开始几乎不发生变化，然后随高度增加，臭氧吸收太阳紫外辐射，温度不断增加，到平流层顶温度可达-—17℃。
这里空气成分几乎不变，水汽与尘埃几乎不存在，所以这里经常是晴空万里，能见度高。平流层中臭氧比较集中，在25千米高处臭氧最多，形成了所谓臭氧层。臭氧能强烈地吸收紫外线，它对地球上的生物非常重要。
.中层
从平流层顶向上，也就是从55千米到80千米这个范围被命名为中层大气，简称中层。中层内对流活动强烈，温度随高度而下降，大约在80千米左右达到最低点，约为-90℃。
4.热层
从中层大气向上，也就是从80千米到500千米左右的范围。在太阳活动宁静时期，热层顶在250千米；在太阳活动活跃时期，热层顶可达500千米。层内大气直接吸收太阳辐射，温度随高度迅速上升，可达到1000～2000℃，所以称为热层。在这里空气稀薄，而且多处在高度电离状态。
5.逃逸层
500千米以上是外大气层，这一层顶也就是地球大气层的顶。在这里地球的引力很小，再加上空气又特别稀薄，气体分子互相碰撞的机会很小，因此空气分子就像一颗颗微小的导弹一样高速地飞来飞去，一旦向上飞去，就会进入碰撞机会极小的区域。中性粒子基本上沿抛物线轨迹运动，其中速度较大的粒子，能克服地心引力，最后它将告别地球进人星际空间，所以外大气层被称为逃逸层。
逃逸层的主要成分是氦和氢。它们散射太阳的某些紫外辐射而发出暗淡的辉光，名日地冕。逃逸层中带电粒子占大部分。它们受地磁场作用，比中性粒子难以逃出。但总的说来，逃逸掉的大气是很少的一部分，几乎可以忽略不计。这一层温度极高。
上面说的是把大气按热力性质分层。还有两种分层方法。
1.大气按成分分层
以85千米为界，下为均质层，上为非均质层。均质层受湍流作用，大气在垂直方向不断混合，各种大气成分所占比例不因高度而变化（臭氧等可变成分除外）。非均质层中因重力作用和光化学作用，大气成分随高度变化很大。
2.大气按电磁特性分层
大气按电磁特性分为中性层、电离层和磁层。
①中性层。60千米以下的中性层，带电粒子很少。
②电离层。将60千米至500千米的大气层称为电离层，由自由电子、离子和未电离的中性粒子组成。
电离层在远距离无线电通信方面起着很重要的作用。无线电借助于在地面和电离层之间的多次反射而传播，实现了远距离的无线电通信。人们形容电离层为“一面反射电波的镜子”。
不过，电离层反射的只是普通的无线电广播采用的波段，对于波长较短的无线电则起不到反射作用。电视机采用的恰恰是波长较短的无线电波，这就是电视机为什么不得不通过发射站收看到远处电视台节目的原因。为了能收看到大洋彼岸的电视节目，科学家利用在赤道上空6000千米高度的静止地球卫星来传播电视信号，使生动的电视画面越过大洋或大陆，传到千家万户的电视机中。
③磁层。在大气科学中有时还将500千米以上的大气层称为磁层。因为在这里，地球磁场对大气的运动起着决定性的作用。磁层在太阳风的作用下发生一系列变化：向着太阳的一面被压缩了，而在背着太阳的一面形成了一个类似彗星一样的长尾巴——磁尾。向着太阳的一端距地心约十几个地球半径，即70000～80000千米，它的尾长（背着太阳一端）约100个地球半径，即600多万千米。
太阳风与磁层之间的边界即为磁层顶，磁层顶以外即为星际空间。因此也有人认为磁层顶才是大气圈的顶。
磁层尽管离地球表面很高，但对人类确实能起到保护作用。如果没有磁层，威力巨大的太阳风会把臭氧层吹掉，甚至还会把整个大气层统统吹走。这是多么可怕的景象啊！
由此可见，大气从地面到热层顶只有500千米，再上去就很稀薄了，而地球的半径是671千米。因此，大气的厚度与地球的半径相比是很薄的。所以，大气是覆盖在地球表面的一个“薄饼”。这么一个薄饼却又分成好多层，每层的“馅”差别很大，味道有很大不同。因而大气其实是一个“千层饼”。在后面我们将和大家一起慢慢品尝这个“千层饼”。
氧气是否会被耗尽
氧是构成生命的重要元素之一，它是以气体形式存在于自然界中的合成物——氧气是地球上大多数生命进行各种活动所必需的物质之一。不过，也有人担心氧气会被耗尽，那么，这种担心是不是真的像“杞人忧天”那样毫无根据呢？
