如果不是科學技術的進步，人類根本無法確認自己竟然是生活在一個球形的星體上。當麥哲倫的船隊環繞地球一周後，人們才普遍承認地球是個球體；當人造地球衛星升上太空後，人們才第一次看到了地球母親的模樣。
從太空看地球，大氣層就像一層薄紗，白色的雲層映襯在藍色的海洋和綠黃相間的陸地上。地球是一個水的星球，海洋占了全球麵積的71％，而正是這廣袤無垠的海洋，給地球帶來了勃勃生機。地球大氣形成了穩定的成分，主要是氮氣和氧氣，容積含量分別為78%和21%，其餘還有一些微量的稀有氣體，包括氬氣、二氧化碳、氖氣、氦氣、氪氣、氙氣、臭氧等。在幹潔空氣中，對人類活動和天氣變化有較大影響的氣體為氧氣、氮氣、二氧化碳和臭氧。有了地球大氣，也便有了地球氣候，地球氣候始終處於變化之中，從來沒有停止過。
人類誕生於地球，成長於地球，與地球母親相依為命，在地球上創造了古代與現代輝煌的文明。人類最初接觸到、感受到和需要認真適應的，主要是自然界裏的風雲變幻。人類曆史包含著人類與大自然關係的曆史，人類要想適應大自然，與大自然達到和諧，就要認識大自然的規律，從而取得人類自身的進步和發展。
史前人類對氣候變化隻能是本能地適應。進入農耕文明時期，人類有了產業，才開始積累氣候知識，而這些知識多是表象的、感性的和零散的。隨著農耕文明的發展，氣候知識豐富了，並逐漸係統化。這個萌芽期相當漫長，直至有了係統知識並發展到理論性的概括，氣候學才算初步具有了科學形態。
地球氣候雖然繽紛萬象，但卻異常脆弱。當古文明先後消亡，當氣候災難一次次發生，地球人類不得不驀然回首，睜大驚恐的眼睛，去關注、發現、掌握氣候的無常變化。
1.1破解氣候密碼
自從有了地球，便有了氣候，氣候與地球不棄不離。如果給“氣候”下個定義，那麼，它其實就是地球上某一地區多年時段大氣的一般狀態，是該時段各種天氣過程的綜合表現。氣象要素（溫度、濕度、降水、風向、風速等）的各種統計量（均值、極值、概率等）便是表述氣候的基本依據。
地球大氣有人這樣形容說：地球和太陽，就像浩瀚的宇宙太空中一對永遠不知疲倦的戀人，在旁若無人地跳著情侶舞。充滿活力和熱情的太陽，就在這親疏遠近的步伐變換中，向美麗的地球“暗送秋波”，給她帶來無限風光和萬千氣象。
人會感冒，一感冒就發冷發熱。地球也一樣，並不是在恒定的溫度中度過的，它也有“感冒”的時候。真應了這樣一句話：天下氣候，冷後必熱，暖後必寒。地球，就是在這種冷暖變化的交替中，走過了它46億年的“球生”。
1.1.1地球大氣的形成
地球大氣的形成，那是非常非常久遠的時候了，久遠到需要用“億年”作時間單位。
46億年前，在茫茫的大氣宇宙中，圍繞在太陽周圍的一團原始星雲，由於萬有引力的作用，逐漸形成了礦物顆粒。後來，這些顆粒慢慢冷凝，我們可愛的地球，便具備了其原始模樣，成了太陽係大家族中的一員。當由少到多、由弱到強的礦物顆粒鋪天蓋地塵埃落定的時候，地球誕生了。
我們知道，這樣的介紹是有點過分簡單也有點過分抽象了。可是真的沒辦法，孕育一個人的生命都那麼複雜，孕育一個星球的生命肯定簡單不了。何況，未知的成分那麼多。但可以肯定地說，有了地球，就有了氣候，氣候是伴隨著地球而來的。“氣候”和“氣象”並不是一回事，在《科學通鑒》的另一本書《多姿氣象》中，還會詳細闡述氣象的來龍去脈。
我們的祖先雖然很早的時候就對氣候開始注意並適度利用了，但追根尋源，“氣候”一詞卻是外國人創造的，它源自古希臘文，意為傾斜，指各地氣候的冷暖同太陽光線的傾斜程度有關。由於太陽輻射在地球表麵分布的差異，以及海洋、陸地、山脈、森林等不同性質的下墊麵在到達地表太陽輻射的作用下所產生的物理過程不同，使氣候除具有溫度大致按緯度分布的特征外，還具有明顯的地域性特征。按水平尺度大小，氣候可分為大氣候、中氣候與小氣候。大氣候是指全球性和大區域的氣候，如熱帶雨林氣候、地中海型氣候、極地氣候、高原氣候等；中氣候是指較小自然區域的氣候，如森林氣候、山地氣候、湖泊氣候以及城市氣候等；小氣候是指更小範圍的氣候，如貼地氣層和小範圍特殊地形下的氣候。
氣候是在不斷變化的。自從地球誕生後，這種變化就沒有停止過。引起地球氣候變化的原因很複雜，但主要還是因為地球是在不斷轉動的。它不但在自轉，同時還以一定的傾斜角度圍繞著太陽公轉。這種傾斜尤其重要，我們不得不佩服古希臘人創造“氣候”一詞的含義。
地球在冷暖變化的交替中走過了46億年的“球生”。46億年，是大多數專家確認的地球年齡。由於這個時間太久遠了，久遠得連科學家也想象不出用什麼方式來表達，就隻好要求人們發揮自己的想象力了。
1.1.2地球年齡的“時間標尺”
對於地球早期的氣候，一般是根據地質年代來劃分的。科學家對地球製定出了一個記載時間的標尺，這樣敘述起來就比較條理清晰了。
一般說來，我們把46億年至38億年前稱為地球的最初發展階段，等它慢慢成型後，便把其發展分為4個代：元古代、古生代、中生代和新生代。
元古代距今38億年至8億年。
古生代距今8億年至2.3億年。它又分為震旦紀、寒武紀、奧陶紀、誌留紀、泥盆紀、石炭紀和二疊紀。
震旦紀，距今8億年至6億年。
寒武紀，距今6億年至5億年。
奧陶紀，距今5億年至4.4億年。
誌留紀，距今4.4億年至4億年。
泥盆紀，距今4億年至3.5億年。
石炭紀，距今3.5億年至2.8億年。
二疊紀，距今2.8億年至2.3億年。
中生代距今2.3億年至7000萬年，它又分為三疊紀、侏羅紀、白堊紀。
三疊紀，距今2.3億年至1.95億年。
侏羅紀，距今1.95億年至1.4億年。
白堊紀，距今1.4億年至7000萬年。
新生代距今7000萬年至今，又分為早第三紀、晚第三紀和第四紀。
早第三紀又分為古新世、始新世和漸新世。
古新世，距今7000萬年至6000萬年。
始新世，距今6000萬年至4000萬年。
漸新世，距今4000萬年至2500萬年。
晚第三紀又分為中新世和上新世。
中新世，距今2500萬年至1000萬年。
上新世，距今1000萬年至200萬年（或300萬年）。
第四紀又分為更新世和全新世。
更新世，距今200萬年（或300萬年）至1萬年。
全新世，距今1萬年至現在。
1.1.3冰期時代
前麵我們說過，地球也像人一樣會發冷發熱，但地球的每一次變冷，時間都十分漫長，漫長到無法用“年”來作時間單位。“冰期”和“間冰期”，就是依據地球氣候所劃分的地質時間單位。
自從距今46億年地球形成以後，地球上的氣候經曆了漫長而劇烈的變化，全球規模冰雪覆蓋的擴展和退縮相互交替，有時大陸上覆蓋著很大麵積的冰原和冰川，氣候寒冷，這一時期便稱為冰期（又稱大冰期）；介於兩個冰期之間的比較溫暖的時期，冰川消融退縮，稱為間冰期。
地球形成以來，共經曆了大約5次大冰期：震旦紀大冰期（距今23億年）、寒武紀至石炭紀大冰期（距今約6億年）、石炭紀至二疊紀大冰期（距今3億~2億年）、三疊紀至第三紀大冰期（距今300萬~200萬年）和第四紀大冰期（距今2萬~1萬年）。在每個大冰期和間冰期，由於受冰川退縮的影響，還出現了亞冰期和亞間冰期。
第三紀的主要氣候特征是：中緯度地區氣溫緩慢降低，大約距今1400萬年，地球氣溫急劇下降，在南極首先出現了冰蓋。距今250萬年，冰島出現過山嶽冰川，緊接著北半球高緯度地區也形成冰蓋。
第四紀大冰期從距今二三百萬年前開始直到現在，以極地冰川和中高緯度地區的山嶽冰川的覆蓋為主要特征，因此又稱為第四紀大冰期。那時候地球究竟是什麼狀況呢？科學家這樣描述：地球的年平均氣溫比現在低10～15℃，全球有1/3以上大陸為冰雪所覆蓋，像俄羅斯的莫斯科、美國的紐約和德國的柏林等世界著名大城市的現在所在地，均被厚厚的冰雪覆蓋著，冰川麵積達5200萬平方千米，冰層厚度為1000米左右，海平麵下降130～140米。地球遭受的災難真是太沉重了，作為地球人類，我們都應當懷著虔誠的心情向它致敬。好在大自然還能高抬貴手，有將近2/3的大陸沒有被這厚厚的冰層覆蓋掉，不少植物依然在冰川的夾縫裏存活了下來。
我們之所以能夠部分地還原地球氣候變化的曆史，是因為氣候的變化在地球上留下了它的痕跡。離我們最近的第四紀冰期留下的痕跡比較多：斯堪的納維亞半島的峽灣，北歐、中歐、北美眾多的冰磧殘丘，阿爾卑斯山的U形穀和陡峭的山峰，法國和瑞士交界處侏羅山巨大的冰漂礫等，都是那時候留下的產物。
中國由於地處中低緯地區，第四紀冰期影響範圍有限，何況當時冬季風加強，氣候以幹冷為主，降水稀少，不利於冰川的發育。因此，在第四紀冰期考察中，中國除了青藏高原等西部高山和高原地區的冰川曾有大幅度擴張以外，東部地區真正的古冰川遺跡發現並不多。但是，在氣候變化的作用下，當時中國的地理和自然環境也發生了巨大變化：最明顯的是，東北興安嶺森林中的多年凍土有了很大擴張，直抵長城一線；華北變成了幹草原，黃土沉積一直分布到南京一帶；東海大陸架幾乎全部露出海麵，中國台灣與大陸相連；喜冷動物群如猛獁與披毛犀則向南分布得更遠，到達長江口一代；海平麵下降將近140米，古海岸遠離現代海岸達600多千米。
現在，我們就處在第四紀冰期中一個相對溫暖的階段，也就是間冰期。
有人這樣形容：大氣層就像地球的貼心丫鬟，在太陽“張生”和地球“鶯鶯”之間，充當了機智聰慧的“紅娘”。太陽向地球所傳遞的“秋波”，也即太陽輻射，就是通過大氣層“紅娘”的幫助，才成功到達地球表麵的。與太陽“兩情相悅”的地球，對太陽“傳遞”的“愛情信息”自然不會無動於衷，於是投桃報李，相應地向外放出輻射。大氣層“紅娘”是個有心智的姑娘，對放出的這些輻射並非無條件盡情傳遞，而是精挑細選，將其中的長波輻射留下來，而把其他輻射送入了太空。正是由於這“情商頗高”的大氣層，地球表麵才沒有像太陽係的其他行星那樣板著麵孔、冷若冰霜，而是變得溫暖適宜、親切可人。而地球與太陽之間的親密關係，也才能保持得如此天長地久。
1.2氣候變化與人類誕生
1.2.1人類進化的過程
每個民族都有自己創世的傳說，諸如人類產生的傳說，與洪水、幹旱鬥爭的傳說。古代西方傳說上帝創造了亞當，又用亞當的肋骨創造了夏娃；古代中國傳說是女媧用黃土創造了人。從科學角度來說，這些傳說都是無稽之談，但也確實反映了人類認識自身願望的史實。
認識自身，一直是我們的祖先孜孜不倦的追求。但認識自身，首先需要弄清環境和時代背景。中國古代有許多關於初民的傳說，如盤古開天辟地、女媧煉石補天以及“三皇”時的傳說，表明人們一直對探索人類起源、發展及其條件有濃厚的興趣。雖然有不少猜想和推測，但還不是科學。
說來也許你難以置信，真正把人與自然界區別開來、科學地認清人類在自然界中的位置，也隻不過是近一二百年的事情。1809年，法國博物學家、生物學偉大奠基人之一的拉馬克，提出高等動物起源於低等動物，人類起源於類人猿。真是石破天驚，舉世震驚，因為這個觀點振聾發聵，前所未有。
生物學偉大的奠基人之一，最先提出生物進化學說，進化論的倡導者和先驅。從猿到人對事物的認識往往就是這樣，一旦找到了突破口，思路就會像衝決地殼的岩漿，噴薄而出。
英國生物學家、進化論的奠基人羅伯特·達爾文乘坐貝格爾號艦進行了曆時5年的環球航行，在對動植物和地質結構等進行了大量的觀察和采集後，於1859年出版了《物種起源》這一劃時代著作。書中用大量資料證明了所有的生物都不是上帝創造的，而是在遺傳、變異、生存鬥爭和自然選擇中，由簡單到複雜、由低等到高等不斷發展變化的，提出了生物進化論學說，從而摧毀了唯心的“神造論”和“物種不變論”。
緊接著，英國著名博物學家赫胥黎於1863年在《人類在自然界的位置》中，用事實證明了人猿同祖。這種觀點令世人側目，無疑是對達爾文學說的有力支持。
恩格斯對達爾文的“進化論”給予了高度評價，認為是19世紀自然科學的三大發現之一。但是他認為，這些學說雖然找到了人類的根底，但是還沒有把問題最終闡釋清楚，特別是對人類產生的條件還沒完全找出來。1876年，思格斯在氣候創造了人類的大背景下，提出了“勞動創造了人”的著名論斷。按照這一論斷來研究人類的產生和發展，我們便可以撥開迷霧，弄清楚氣候對人類進化的重要影響。
讓我們根據這種思路，去追蹤遠古時候人類起源的種種氣候蹤跡吧！
大約距今3500萬年，地球上出現了猿類。
大約距今2500萬年，出現了人科，稱為“前人”，相當於臘瑪古猿的階段，從此開始了“人猿相揖別”的漫長過程。
說它漫長，是因為這個過程整整延續了2200多萬年，直到距今300萬年。“前人”的特點是隻會使用天然工具，其社會組織稱為“原始群”。
真正被稱之為“人類”的曆史，開始於300萬年前的早期猿人。又經過200多萬年，進化到晚期猿人，直到距今30萬年，從猿到人才完成了它的全過程。
1.2.2人類起源的謎底
人類進化的謎底找到了，但究竟是從哪兒起源的呢？
達爾文最先提出在非洲。19世紀末，印度尼西亞的爪哇發現了直立猿人化石；20世紀20年代中國又陸續發現了大量北京猿人化石和石器，於是20世紀前半葉人們又開始相信人類起源於亞洲。20世紀60年代以來，南非、東非又先後發現了比猿人更古老的南方古猿化石，於是非洲起源說再度變得十分流行。就這樣轉了一大圈，又回到了原來的坐標上。究竟孰是孰非，依然沒有定論。
氣候學家認為，解決這樁公案的好辦法，就在於分析人類發展的氣候條件。
幾百萬年以前的古生物資料表明，在那些遙遠的時代裏，大洋洲是沒有高等哺乳動物的，即使是南極洲，最高等的動物也隻是鳥類，美洲也隻有低等的猴類。所以這些地方都不可能是人類的發源地。能入選的隻有亞、非、歐三大洲廣大地區，因為這些地方都發現過第三紀中新世及其以後的猿類化石。
從理論上說，人類在掌握用火和學會用衣物禦寒之前，總是要生活或居留於氣候較溫和的地方。因此可以說，早期的人類，必定是在較熱的地方發展起來的。歐洲緯度較高，溫度較低，氣候不適宜早期人類居住。隻有亞洲和非洲擁有廣闊的熱帶叢林和草原地帶，具有人類發展的適宜的氣候環境。所以，人們最後確信人類起源於亞洲和非洲緯度較低、氣候較熱的地帶。
有人認為不可能，因為浩瀚的大洋大海，阻斷了人類前進的步伐。考古學家說，現在是這樣，但古代並非如此。大約1800萬年前的時候，非洲與歐亞大陸之間有寬闊的接觸地帶。直到距今600萬~500萬年，地中海盆地和紅海才開始泛濫成海，兩個大陸才隔離開來。人類早期的祖先臘瑪古猿見於中國、印度、巴基斯坦和非洲，正表明人類起源地十分廣泛。
中國“人猿相揖別”的地方，現在已知的都在雲南省。因為我們從大量的文物發掘中，已經可以看到雲南發生的由猿進化成為人的全過程，這是別的地方所沒有的。
中國雲南的開遠森林，在第三紀始新世和漸新世時，氣候炎熱，雨量充沛，森林茂密，地麵被綠色覆蓋著，一派生機盎然。古猿生活的森林裏，有足夠的食物供它們享用。隨著漸新世的結束，良好的自然氣候環境也走到了一個終點。氣候變壞使一望無際的莽莽森林，間斷成一片一片可以望到盡頭的叢林，而在這一片一片可以望到盡頭的叢林之間，便形成了一片一片的廣袤的草原。舒適的環境沒有了，成群成群的古猿不得不走出森林，活躍於開闊的林間地帶，開始了向人的方向走去，進入亦猿亦人的漫長過程。
事實上，如果沒有嚴酷的環境逼迫，如果氣候不發生大的變化，古猿們大約是不會向人類轉化的。由於生命的惰性，它們未必肯走出舒適的森林來。所以，把猿推往人類方向發展的第一個因素應該是氣候變化。
但氣候究竟是如何變化的，至今存在著不同的說法。
流行的說法是：氣候突變，森林大片毀滅，從而迫使古猿來到地上。有專家分析，氣候變化有一個漸進過程，如果真有氣象條件突變造成大片森林毀滅，那麼古猿也難以逃脫隨森林一同毀滅的命運。大的氣候突變隻能造成林猿俱毀，而不是古猿獨獨走出森林。還有一種說法，認為是冰川作用使古猿走出森林。可是新生代的冰川是從第四紀才開始出現的，在“人猿揖別”的第三紀，還沒有冰川出現呢。
比較合理的解釋是：由於氣候的變遷，森林麵積逐漸縮小了，森林也變得稀疏了，而樹與樹之間的空隙也隨之擴大，這就為古猿到地下活動創造了條件。由於森林逐漸縮小，林中食物來源也就越來越匱乏。於是，逼迫著古猿們經常需要從一片樹林轉移到另外一片樹林去生活。而地上各種類型的食物，對他們也是個很大的誘惑，常常吸引他們從樹上走下來。這樣，他們便逐步地學會了走到地麵營建生活。
根據現有材料分析，中生代白堊紀末期氣候曾經變壞，但到第三紀初期已明顯好轉，這種良好的氣候一直保持到猿類出現的漸新世，才開始出現全麵的氣候變壞的趨勢。到上新世末期，氣候壞到了極點，致使極冰向南擴展，這是第四紀一係列冰期和間冰期的先聲。但這時人類早已誕生，接受過多次嚴酷氣候變化的鍛煉了。
宇宙是不平靜的，地球內部也是不平靜的。
地質學史的成果告訴我們，從第三紀中期開始，地球內部出現了騷動，全球規模的造山運動開始了。本來比較平坦的大地和海洋，開始有了較高的山地隆起。在古猿走出森林的中新世，正逢造山運動十分活躍地進行。地球上許多地方都發生了斷層和上升運動，形成了世界上著名的喜馬拉雅山脈、阿爾卑斯山脈、安第斯山脈和落磯山脈等，在非洲則出現了壯觀的東非大裂穀。大量的火山爆發和山脈隆起，不僅改變了地球的外觀，而且造成了氣候的巨大變化和震動。