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热气球是怎么飞上天空的呢？这是因为空气动起来了。要解释空气运动的原因和过程，得先介绍一个物理学概念“气压”。
地球表面覆盖着厚厚的大气层，人类全被包裹在其中。大气层也受到地球引力的作用而产生重力。这就相当于每个人都顶着一定重量的空气柱在生活。那么为何我们感觉不到空气柱的重量呢？这是因为我们已经习惯了空气柱的存在，就像水中的鱼儿感觉不到水的压力一样。科学家将单位面积上空气柱的重量，叫作 气压 ，单位是帕斯卡，简称帕。国际上规定，将温度为0℃，纬度45°海平面上的气压定为一个标准大气压，数值约101千帕。
海拔高度 是一个地方高出海平面的垂直距离。海拔越高的地方，其上部空气柱的重量越低，气压值也越低。比如青藏高原，气压只有60千帕左右，因为气压过低，水不到100℃就沸腾了，需要用高压锅来煮东西。在低海拔地区生活惯了的人到了青藏高原会出现高原反应，头晕目眩、恶心呕吐，也是因为不适应那里的低气压。
海拔高度相同的地方也会有高气压和低气压的差异，这是因为不同的地方接受的太阳辐射量不一样，地面温度不同，最明显的比如赤道地区和两极地区。受热多的地方，近地面的空气也受热膨胀，密度变小，空气受到浮力作用而上升，近地面形成低压区；上升的空气在高空聚集，形成同一海拔高度上相对的高压区。受热少的地方，近地面气流则以冷却下沉为主，形成高压区；因为空气下沉到近地面，上空的气流密度变小，形成同一海拔高度上相对的低压区。
热气球的飞行就是这个原理，依靠加热球囊中的空气使它密度变小，在周围冷空气的浮力作用下升入天空。当停止加热时，球囊里的空气逐渐冷却，热气球才能重新回到地面。
水平方向上，空气总是从气压高的地区流向气压低的地区，也就是从气温低的地区流向气温高的地区，空气的水平流动就是我们熟悉的风。高空的风也是从高压区吹向低压区，但是风向与近地面相反。高空风，加上近地面的风，以及空气受热上升、遇冷下沉的垂直运动，共同组成了完整的空气运动循环，叫作 热力环流 ，它是大气运动最简单的形式。我们可以用热力环流原理来解释生活中的许多自然现象。
冬天，装有暖气的教室很温暖，如果有同学打开教室的门，坐在门口第一排的人一定会先感觉有冷风从下面吹着自己的腿和脚。这是因为教室里气温高，空气密度小，气压低；而外面气温低，空气密度大，气压高，冷空气便紧贴地面吹进教室里。
把空间尺度放大到城市范围，一座城市就像一个地区内的“热岛”，因为城市人口密集，人们的生产生活产生大量的热，致使城市比周围郊区气温高，形成区域内的低压中心，风便常年从四面八方的郊区吹向市区，形成 城市风 。如果要建设可能产生大气污染的工业，并不是随便在郊区找块儿地就行了，而是要布局在城市风可以影响到的范围之外，并在工厂与郊区之间种植树木，建设绿化隔离带，因为“城市风”会把郊区的污染物带回市区。
山区白天与夜晚的风向会发生变化，白天山顶受到太阳的强烈照射，迅速升温，形成低压区，而山谷因山峰和树木的阻挡，升温较慢，形成较冷的高压区，风从山谷吹向山顶，叫谷风；夜晚，山顶迅速冷却降温，形成高气压区，而山谷因地势低，加上人类活动和水体的影响，降温慢，比较温暖，盛行上升气流，近地面形成低压区，凉凉的风便从山顶吹向山谷，成为山风。 山谷风 是山区特有的热力环流现象。“何当共剪西窗烛，却话巴山夜雨时”，巴山之所以多夜雨，就是因为山区地形条件下这种独特的热力环流形式造成的，夜晚山谷温暖，气流上升，越往上气温越低，空气中的水汽便凝结成云雨降落下来。
在沿海地区，白天和夜晚的风向会有所不同。这是因为，水体的比热容（吸热或散热的能力）比陆地大，吸收同样的太阳辐射热量，水体升高的温度较少，所以，白天陆地比海洋升温快，陆地上气流上升，在近地面形成低压区，同一海拔高度的海洋上则形成高压区，风从海洋吹向陆地，叫作海风；夜晚陆地比海洋降温快，陆地上形成高压区，海洋上形成低压区，风从陆地吹向海洋，叫作陆风。 海陆风 也是常见的热力环流现象。
影响中国大部分地区的 季风 现象，是一种更大时空尺度的热力环流。夏季，大陆比海洋温度高，形成低气压中心，风从海洋吹向陆地，带来丰沛的降水；冬季大陆比海洋气温低，形成高压中心，强劲的风从大陆吹向海洋。中国位于面积最大的亚欧大陆上，面向面积最大的太平洋，受海洋和陆地的季节性温度变化影响很大，形成了世界上最典型的季风气候。
世界上很多不同尺度的事物，却拥有惊人相似的运转原理。这些规律性的知识是人们认识世界的强有力工具。明白了热力环流原理，就可以解释热气球的运行，孔明灯的放飞，暖气片为什么装在地面，制冷的空调为何装在高处，甚至气候成因等一系列现象。
1．地球的四大层圈
科学家把地球分为四个圈层：岩石圈、水圈、大气圈和生物圈。
岩石圈：是指地球坚固的岩石外壳，它是生命的层圈。岩石圈由各大陆和面积稍小的岛屿组成。岩石圈中分布着雄伟的丛山、广阔的平原、巨大的盆地和低矮的丘陵，蕴藏着人类需要的各种矿产资源。
大气圈：由环绕在地球周围的混合气体组成，它是生命的保护圈。大气圈中含量最高的是氮气和氧气，除此以外，还有水蒸气、二氧化碳和其他气体。大气圈像一层松软的棉被包裹着地球，保护着地球。
水圈：包括海洋、湖泊、河流和冰川。它是生命的摇篮。假如地球上没有水，地球是将没有生命。
生物圈：地球上的一切生物——包括空气中、海洋里、地上的和地下的——构成生物圈。生物圈是大气圈和水圈的儿女，它们诞生以后由它们的父母大气圈和水圈养育它们。
2．地球的馈赠——矿产资源
地球是人类栖身之所，衣食之源。
地球上的矿物已知有3300多种，并构成多样的矿产资源。目前我国已发现矿产173种，其中探明储量的矿产153种。以丰富的大型矿产原料基地为基础，建成国有矿山企业1万多个，矿业从业人员2000多万人。大庆、包头、攀枝花、金川等300多座城镇，以矿业开发为基础而兴起。矿产资源的开发利用已成为我国 社会 经济发展的重要支柱。
随着 社会 生产力的发展，人类活动对地球的影响越来越大，对地球矿产资源的需求量也越来越大。我国是世界上矿产资源丰富、矿种齐全、矿产资源总量较大的资源大国之一，但资源劣势明显。到2010年我国现有的并与人民生活息息相关的主要大宗矿产中，石油、天然气、铝、铁、铜、黄金、镍、硫、硼、铀、磷、石棉、铬、钾、富锰等无法满足国内需求。到2020年我国短缺的矿产资源将增至39种，供需矛盾十分严峻。地球资源是有限和不可再生的，对矿产资源的过度掘取和不合理的利用，必将带来资源的枯竭和对人类生态环境的负面影响。
3．地球的生命之源—水
水资源是人类赖以生存的最重要的自然资源之一，也是国民经济发展所不可替代的战略资源。我国幅员辽阔，人口众多，水资源总量虽然比较丰富，居世界第六位，但人均拥有水量只有世界人均占有量的1/4，按耕地平均拥有的水资源量也相当紧张。因此水资源是我国十分珍贵的自然资源。
水资源贫乏，不仅在许多地区已成为经济发展的“瓶颈”，而且成为直接威胁人类生存的问题。目前，全国666个建制市中，有330个不同程度地缺水，其中严重缺水的108个，32个百万人口以上的大城市中，有30个长期受缺水的困扰。解决水资源紧缺的严重状况，关键是开源与节流并举，减少浪费、防治污染和加强管理，要把节水作为一项重要措施，落实到各行各业，家家户户。
4．能 源
能源是可以为人类提供能量的自然资源，是人类赖以生存和 社会 赖以发展的物质基础。
化石能源：是由几亿年前的活生物的遗体形成的。主要由煤炭、石油和天然气组成。尽管现在世界上很多国家已经进入了电气化时代，但化石能源仍然是多数人口使用的能源。
煤炭：煤是由远古的植物因埋在地下而形成的一种固态化石燃料。虽然煤炭的燃烧造成环境污染，但在未来的100年里，煤炭仍然是一种主要的能源。洁净煤燃烧技术成为当前能源领域开发的热点，许多国家都在开发保持空气清洁的煤炭燃烧技术。
石油：石油又叫原油，它是一种浓稠的黑色液体，由几亿年前生活在海洋中和较浅的内海中的小动物、海藻、原生生物形成的。大多数的石油储藏在地下砂岩层或石灰岩层的小孔中。把地下石油开采出来后，通过加热蒸馏，从原油中可以分离出燃料和其他产品。石油占全世界能源消费的1/3以上，它是大多数 汽车 、飞机和轮船的燃料。许多家庭也用石油取暖。塑料、油漆、药品和化妆品等都是从原油中提取的。石油的形成需要花费几亿年的时间，从这一点上讲，它是一种不可再生的资源。
天然气：天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体，它的成因与石油的成因相似。由于它比石油轻，所以常位于石油上部。我国四川等省也有单独成矿的天然气矿藏。天然气具有清洁、价格低廉和供应安全等特点，它的缺点是极易燃烧，气体泄露会引起爆炸，并发生火灾。
开发清洁能源：像其他活动一样，自然资源的生成需要消耗一定的能量，大规模的用水、土地的恢复、地貌的改造等都离不开大量的能源消耗。大量使用化石能源而造成的环境恶化危害着地球。人类唯一的出路就是寻求替代能源——可再生能源。
可再生能源：包括水电能、风能、波动能、潮汐能、地热能、生物能、太阳能等等。
5．环境问题的主要类型：
环境问题的三种主要类型是资源利用、人口增长和环境污染。
资源利用：人们所利用的环境中的任何东西都是自然资源。一些自然资源能在一个相对比较短的时间内自然地恢复或再生，称为可再生资源。可再生资源包括阳光、风和树木等。一些自然资源是不能被恢复或再生的，我们称它们为不可再生资源，如煤和石油。当不可再生资源被不断使用时，它们最终也许会枯竭。
人口增长：随着医学、农业的发展和卫生条件的改善，人的寿命得到延长，死亡率开始下降。但是，随着人口的不断增长，人们对资源的需求也同步增长。
环境污染：环境对生物产生负面影响的任何变化称为环境污染。环境污染经常是伴随着有益于人类的活动而产生的，例如煤来发电，都带来了大气污染。有一些杀虫剂能杀死些农作物的昆虫，但它都带来了环境污染。
6．地球的心腹大患——地质灾害
地质灾害是指自然产生和人为诱发的人民生命和财产安全造成危害的地质现象，是地球灾害系中的一种。根据我国其发生、发展过程，可概括分为突发性和渐变性地质灾害，前者如地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝，后者如地面沉降等。
对我国危害最大的地质灾害包括地震、崩塌、滑坡、泥石流和土地退化灾害等。
我国地质灾害种类繁多，发布广泛，活动频繁，危害严重。据统计，上世纪八十年代末至九十年代初，每年因地质灾害造成300——400人死亡，经济损失100多亿元。九十年代以来，我国因地质灾害造成的损失每年都在200亿元以上，人员死亡约1000人。
地震是破坏性最大的灾害，并可以诱发一系列其它地质灾害。据统计，上世纪因地震而死亡的人数达260万，占各种自然灾害死亡人数的58%。
崩塌、滑坡、泥石流——全国共发育有较大型崩塌3000多处、滑坡2000多处、泥石流2000多处，中小规模的崩塌、滑坡、泥石流则多达数十万处。全国有350多个县的上万个村庄、100余座大型工厂、55座大型矿山、3000多公里铁路线受崩塌、滑坡、泥石流的严重危害。
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