我們在為新冠肺炎疫情而憂心，太平洋另一端的澳洲在為山火發愁，那場從去年9月開始燃燒的山火，到現在依然沒有撲滅。之所以我們會如此關注澳洲山火，是因為森林能夠製造人和動物呼吸所需要的氧氣，還能減少溫室氣體二氧化碳的含量，所以我們經常會把森林比喻成“地球之肺”。但是這個比喻在某些方面並不恰當。
第一個不恰當的理由
我們的肺不會製造氧氣，與之相反，肺是消耗氧氣的器官。
第二個不恰當的理由
由於地球的自轉，當地球的一個半球吸收二氧化碳呼出氧氣時，另一個半球正在做相反的事情。如果人類中有哪個人也是如此，恐怕會立刻成為全球關注的熱點。
第三個不恰當的理由
科學家們的研究表明，地球大氣中的氧氣中只有一半來源於陸地植物，另一半來自海洋中的藻類，還有極少一部分來自大氣層上層中水蒸氣的分解，來自太陽和宇宙中的高能射線為此提供能量。
植物產生的氧氣其實只能算是洩漏物
從地球生態圈的角度看，是植物為我們生產了呼吸所需要的氧氣，但事實上，我們吸入的氧氣，只是植物在光合作用時不小心洩漏出來的而已。植物跟動物一樣擁有線粒體，它們生產的氧氣大部分被自己消耗。無論是森林還是水中藻類生產的氧氣，其實都只是洩漏物。
大部分植物洩漏出來的氧氣很快會被氧化（包括腐爛和燃燒）作用消耗。如果死去的動植物和微生物的屍體沒有在腐爛之前就大量被土壤和海洋的沉積物掩埋，那麼大氣中的氧氣含量最終會降到接近於零的水平。
大氣記錄數據中的那些節奏性波動
儘管把森林稱作地球之肺不太恰當，但一份來自夏威夷莫納羅亞天文臺發佈的二氧化碳分析結果表明，長期的氧氣記錄數據與醫學呼吸檢測儀的讀數顯示出近乎詭異的相似性。氧氣濃度的年度上升波動恰好伴隨著二氧化碳的循環式下降，這些數據同時打開了一扇神奇的窗戶，揭示了地球同植物間的原子級關聯。
每個白天，二氧化碳濃度都會緩慢下降，到了晚上又會恢復，而更大規模的季節性波動則是由夏季的波谷與冬季的波峰構成。通過這些數據我們可以看到，伴隨著地球的自轉和公轉，地球的大氣對植物和微生物的呼吸做著回應。
促使這種波動性變化的是陽光。當第一縷晨光照到大地，植物從沉睡中甦醒過來，開始向空氣中釋放氧氣，並從空氣中吸收二氧化碳；此時時刻，海洋中的藻類也在做著相同的事情。隨著地球的自轉，夜幕降臨之後，氧氣的生產過程結束，但是細胞裡那些生產二氧化碳的小工廠還在繼續運轉。從而促使二氧化碳水平重新恢復，而氧氣水平相應下降。
季節性的波動與此類似，春天，萬物復甦，草木生長，氧氣的濃度迅速提升，而二氧化碳的濃度有所減少，到了冬季，光合作用變慢，同時枯枝敗葉在微生物的作用下開始釋放出二氧化碳，於是跟春季相反的變化趨勢便發生了。
氧氣和二氧化碳的波動如此週而復始。
大氣混勻的程度和速度超出了我們的想象
可能很多小夥伴跟我一樣，最初都會以為不同地區間的大氣成分差異會比較明顯，然而在排除森林與城市影響的偏遠地區，對比中國氣象局發佈的《2017年中國溫室氣體公報（總第7期）》和美國氣象學會和美國國家海洋與大氣管理局聯合發佈的《2017年氣候狀況報告》會發現，中國和全球其他地方的空氣中二氧化碳的含量幾乎沒有差異。
不論是在草木凋零的冬季，還是在寸草不生的沙漠，我們都有充足的氧氣可供呼吸。這些氧氣都來自遠方，並且擁有很長的歷史，我們呼吸的每一口氧氣中，只有極少的一部分是在過去的一年內生產的氧氣。
氧氣的垂直分佈
由於地球引力的作用，氣體分子會在低海拔聚集，這些分子由於熱運動，撞擊到人體表面產生的壓力大約是每平方釐米1公斤。然而，如果不是坐飛機或者在高海拔的山峰上耳朵會有所不適，我們大多數人不會察覺到大氣壓力的存在。這是因為，我們的身體內同樣分佈著空氣，內部壓力與外部壓力平衡。
altitude.org提供的數據顯示，在海拔1600米的山峰上，空氣中的氧氣含量相當於海平面處的83%；海拔2400米左右時，空氣中的氧氣濃度下降到75%的左右。航班飛行中的氧氣濃度與海拔2400米左右相當，所以會有個別旅客由於輕微缺氧出現頭痛的現象。
而西藏人由於長期在高海拔地區生存，他們的基因發生了突變，從而使他們更能適應缺氧狀態。多數西藏人的呼吸頻率更高，並且每次呼吸都可以吸入更多的空氣。而安第斯人血液中存在大量的變異紅血球，具備從空氣中提取更多氧氣的能力。
儘管如此，即便是這些擁有特殊基因的人群，也無法長期在珠穆朗瑪峰生存。因為我們與那些具備光合作用的生物之間存在著原子級的聯繫，這個聯繫不能太過遙遠。
人與植物的原子聯繫
不知道您是否關注過火星移民計劃，在從地球到火星的漫長旅途中，我們就要考慮自己和身邊的一盆植物之間的原子級關係。我們呼出的二氧化碳會被植物轉變為自己的一部分，我們要重新收回自己呼出的二氧化碳中的氧原子，主要的手段只能是吃掉這盆植物。
與這個過程相反，如果我們吸入一個由這盆植物釋放出的氧氣分子，我們的細胞會將它代謝為水。這時候氧氣原子就從氧氣分子中分離出來，並和氫組成了水分子。代謝的水通過呼吸和汗液回到太空艙的空氣中，被植物吸收後，通過光合作用，氧原子獲得自由，再次構成一個新的氧氣分子。從你身體內隨著水汽被呼出失去的氧原子，又重新回到你體內。
結束語
人類與植物以及地球之間存在著原子層面的關係，在這個大的原子循環系統中，我們與植物和地球都各自承擔著不同的角色。保護植物就是保護地球，就是保護我們人類的生存空間。因為我們只有一個地球。
我是郭哥聊科學，普及科學知識，傳播科學精神，持續為您提供高質量的科普文章。
閱讀更多 郭哥聊科學 的文章
