从很多方面看，大气层是生物圈的延续。由于人口的剧增和人类对更加美好生活的追求，大气层的成分正急剧的变化着。

今天人类已具备进行全球规模改造的能力，从南到北，从海洋的深处到同温层的高空都留下了人类的足迹。我们正面临着一个重要的直接的挑战，为了我们自身及子孙后代，我们要能认识并预测我们行为的结果，再运用这些知识来制定对策以保护这个星球。显然，这是一个使人感到沉重的责任，我们刚刚意识到调节地球生态环境的各环节间的复杂性。从短期看，大气层与生物圈、土壤及海洋表层有联系，从很长的时期看，它还与深海及沉积物相关，大气层是一个已经演进了一百多万年的值得我们注意的系统。

构成生命的各种元素处在不停的运动之中。随化石燃料的燃烧被释放到大气中的CO₂分子中的碳元素在植物、土壤、空气和水中循环，大约10万年之后它才会最终地回到静寂的沉积物中。而正常碳元素（C₁₂⁶）从沉积物到沉积物的一次循环大约是地球历史的20多倍。其它对生命至为重要的N、P、S等元素的分布也受着类似循环的支配。

温室效应在过去的10年里受到了广泛的注意，对这一效应的物理学方面的研究也在迅猛地向前发展。大气层笼罩在两个不同的辐射区中，第一个拥有光谱中可见光及紫外区的大部分能量，其来源是太阳；第二个拥有红外区的绝大部分能量，它从大气层的表面及较低层上辐射出。

大气中含量最多的N₂及O₂对红外能量的传输关系不大，而一些微量气体，如CO₂和水蒸气对红外能量的迁移有着重要的作用，它们对行星表面的加热亦起着重要作用。如果没有这些微量气体、地球表面的温度将比今天低约40°C，这样海水将完全冻结，而生命正如我们所知道的那样将不会存在了。CO₂与水蒸气有着一个重要的协同作用，CO₂本身仅吸收一小部分大气层表面辐射的能量。水蒸气的含量基本上由温度控制，co2的增加将导致温度上升，使更多的水蒸气进入大气，使温度进一步升高。其它诸如甲烷、NO、O₃及氯氟碳等气体也有类似于CO₂气体对红外线的一样的特性，它们也有助于温室效应的产生。在大气中它们也会吸收某些波长的辐射，否则天空将是透明无色的。

由于燃烧化石燃料，CO₂不断排入大气，于是大气中CO₂的含量从1958年的315 ppm稳定地升至今天的350 ppm。工业革命以来排放的碳中大约有一半仍留在今天的大气中，另一半已进入海洋或已经同土壤中的有机物结合了。

按目前所探明的碳贮量（4万亿吨），假设在下个世纪内将用掉一半，那么大气中的CO₂浓度将达到1000 ppm，即目前水平的3倍。若下个世纪化石燃料的耗费仅比本世纪多1倍，则大气中CO₂的浓度将达到600 ppm，约为1850年的2倍。因此，我们要尽可能的预测这一变化对气候所要产生的影响。

大气中甲烷正以比CO₂更快的速度日益增长着，其年均增长率在1 ~ 2%之间，为工业革命前的2倍。煤矿及天然气管道中释放出的甲烷及农业上为清理土地而焚烧草木植物所释放出的气体是这种增长的主要根源，这种增长还与反刍动物的细菌生化过程和稻田里的微生杨活动有关。其实，甲烷也在以一定速度减少，这主要是由低空中的羟基反应来实现的。羟基是在低空中在与臭氧有关的光化学过程中形成的，它也会与CO反应而消失，所以，CO含量的增大减少了甲烷与羟基反应的机会，从而延长了甲烷的寿命。因此可以认为：甲烷含量的上升至少部分可归因于工业上CO的排放。由于甲烷和CO气体浓度的增大，使羟基减少，于是更多的工业氯化物废气将穿透同温层，例如用于电冰箱、空调器、泡沫塑料、溶剂及喷雾剂里的氯氟烃化合物就会大量进入大气中，它们在低层大气里不会分解，但到达同温层后受到太阳紫外线的照射即会分解，释放出Cl原子。Cl原子对臭氧有很强的结合力，且会引起连锁反应，一个氯原子可以分解10万个臭氧分子。目前，南极臭氧洞面积已达整个南半球表面积的10%。

氯氟烃不仅能破坏臭氧层，而且能加剧温室效应。同等量的CO₂相比，1加仑的氯氟烃捕集到的热量是CO₂的1万倍。因此，今后50 ~ 100年内，如果甲烷、CO₂、CO和氯氟烃等所有温室效应气体的数量翻一番，全球气温便会升高1.5℃ ~ 4.5°C。这样格陵兰岛、南北两极的冰层就会融化，使海平面上升，如果贮存于南极冰层的水全部涌入海洋，海平面则升高6 m。

臭氧层的破坏也会招来灾难。臭氧层距地面20 ~ 25 km，它宛如一道天然屏障，能把太阳辐射到地球表面的紫外线吸收掉99%，从而保护了地球上所有生灵免遭其伤害。臭氧每减少1%，皮肤癌的发病率就增加5 ~ 7%；如果臭氧减少10%，海洋中10 m深内的鱼苗在15天内即会全部死亡；此外在强紫外线照射下，一些农作物如棉花、豆类、瓜类、白菜也会受到严重损害。同时某些化工制品如乙烯制的壁板、窗户等塑料制品会发生化学变化，使用寿命将缩短。

面对这些大气变化所带来的恶果及挑战，诚然使时钟倒回来是不可能的，期望全社会接受比今天降低了的生活标准也是不现实的，指望第三世界放弃追求工业化所带来的物质优裕同样是办不到的。因此，我们需要一种新的全球责任感，因为我们生活在一个相互有密切联系的世界上，大气层为人类共享的资源，一切国家权力和地区利益都必须从属于保护这个星球上所有生命这个至高无上的权威。

首先我们要对全球生命维持系统有一个更深入的认识。人们或许会假定，因温室气体含量的提高而导致的气候变化最终将引起地球上生态区域的变化，大气层模型表明生态环境应向更高纬度的方向转移，可是，如果气候的变化太快的话，要生态环境能足够快的调节以跟上其步伐，这几乎是不可能的。这将促成人类的外加干预以保护全球生命维持系统的完备性和丰富多彩。然而，任何明智的科学的干预，不论其规模多大，我们都必须掌握足以能够对这种外加影响作出全面的预估的知识基础。显然，目前全球地球科学的现状是同这一要求不相称的。

其次，我们要提高自己对意外事件的预测能力。地球物理学家在这方面的任务就更为艰巨、因为我们不能进行可控制的试验，我们主要依赖于对不可控制的自然系统的观察。因而为了迎接挑战，我们应对它作精深的研究，运用适当的实验并结合理论工作来辨明一些重要的自然演化过程，并把注意力转到以前未曾想到的环节中去。

最后，我们要想尽一切办法来对付挑战。在这个问题上，我们的政策制定者肩负着伟大的历史使命。当前他们压倒一切的首要目标就是应该设法降低目前气温变化的速度。相对说来，只要禁止或严格控制氯氟烃化合物的排放，同温层臭氧的保护就要容易些。可是，即使在这个方面，我们也已耽误得太久了而没有采取什么行动，在它得到解决之前，这个问题还将变得更糟。继南极臭氧洞的发现后，北极上空出现的面积同格陵兰岛一样大的臭氧空洞即是这种趋势的明证。

如果我们仅是遵守1987年9月签署的蒙特利尔条约所规定的工业废气排放计划，那么臭氧洞将会无限期的存在着。因此，全世界应当通过一个期限表以确保所有工业卤化烃废气的尽早消除。最后，我们应当大大削减化石燃料的使用，可这并非易事，因为我们怎能说服像中国这种拥有充足煤炭资源的国家去限制其廉价且又最易开采的燃料的使用呢？因此，需要一个国际性合作的办法，对这个问题负有较多责任的各工业化国家必须做出表率，优先发展对环境污染小的能源去替代化石燃料。同时我们还应说服第三世界走一条比我们以前更明智的发展道路，这将不可避免地要求我们把资金转向他们那里，这是一种为了我们共同未来的投资。

[New Scientist，1988年7月]