当我们从平原地区一下子来到海拔较高的高原，就会明显感觉到身体不适，比如头痛、呼吸急促甚至困难、失眠、容易疲倦、食欲不振等，这就是人们常说的出现了高原反应，这种情况，尤其常见于快速进入海拔3000米以上高原地区的人们。高原反应出现的最直接原因，就是人体一下子暴露在低氧的环境中，使人体血液中的氧气含量也随之下降，各项生理机能都会受到严重影响，从而表现为上述症状，一些体质不好的人群，还有可能会引发急性的高原病，比如急性高原肺水肿、高原脑水肿等，严重的还会危及生命安全。那么，高海拔地区为何就缺氧了呢？
      地球的外围被浓密的大气层所包围，大气层对于地球来说，既是保证地球温度始终处于平衡状态的“保温被”、也是推动地球实现碳氧循环和生物体生态发展的“生命源”，同时也是阻挡地外有害物质侵入的“阻隔层”，对于地球来说至关重要。从大气层的厚度来看，通常意义上说的大气层厚度一般为1000公里左右，不过它与外太空并没有明显的界限，一些地外探测器在高空4000公里处还能探测到稀薄的大气分子存在。
 
      我们来看一下地球大气层的结构。从低到高，科学家们根据大气气体分子的密度、温度和组成等方面的差异，将大气层分为对流层、平流层、中间层、暖层和逸散层5个层级。关于每个层级的具体特征和气体分子特性这里就不详细表述了，大家估计都非常清楚。在这5个层级中，对流层对我们的影响最大，我们在地球上的几乎所有的活动，都是在对流层中完成的，这一层的空气分子密度最大，虽然只有12公里左右的厚度，但其质量能达到大气层所有气体质量的约75%，特别是水蒸气几乎全部分布在这一层，随着热冷空气在这一层的垂直流动，出现了各种气象条件的变化，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，使地球生命能够稳定地获得水、氧气等要素，从而支撑着生命活动的持续进行。
 
    大气中的各种气体的垂直分布，之所以出现这种因高度而逐渐变得稀薄的情况，主要原因就在于地球引力的作用。无论是宇宙间的星体之间，还是地球上的物体与地球之间，都存在着万有引力的相互作用，同样，地球的大气层也不例外。按照万有引力的计算公式：F＝G*m1*m2/(r^2)，这里的r为物体距离地球质心的数值。我们可以看出，当一个物体处于地球的地表时，万有引力只与这个物体与地质质心的距离有关，由于地球是一个近似球体的椭球体，其赤道半径与极地半径存在一定的差异，赤道半径略大，因此物体在赤道上的地表所受到的重力，要比在两极的地表所受到的重力小一些，这一点通过多种测量方法已经得到证实。
 
      地球的赤道半径和极地半径仅差了20公里，就会引起物体所受引力作用的差异，那么对于大气层来说，1000公里的高度差，气体分子所受到的重力作用肯定相差很多，越是下部的气体所受到的引力作用就会越大，因此气体分子就有在大气层的下部聚集的趋势，这是由引力势能所决定的，只有当气体分子的总内能很大时，才有可能使平均动能能够挣脱引力的作用，从而向上部方向迁移。
 
      因此，对于低海拔地区来说，空气分子所受到的重力作用，就明显大于高海拔的地区，这就造成了低海拔地区的空气密度较大，地势越低，密度也越大，空气所带来的大气压也越强。据测算，在对流层内，高度如果每上升12米，那么大气压强就会相应降低1个毫米汞柱，这也印证了随着高度增加空气分子逐渐减少的事实。那么，在气体密度减少的情况下，单位体积空气中所含有的氧气量也会随之减少，因此，我们在突然来到高海拔地区时，就会因氧气摄入量不足而引发高原反应。
 
      另外，还有一个因素会增加高原地区的氧气缺乏，那就是密度。在标准状态下，空气的密度为1.29kg/m^3，而空气的主要组成为氮气、氧气、氦氖氩氪氙氡等稀有气体、二氧化碳以及微量的水蒸气、一氧化碳、臭氧等，其中标准状态下氧气的密度为1.43kg/m^3、二氧化碳为1.98kg/m^3，都要比空气的平均密度要大，因此地势越低，二氧化碳和氧气的体积百分比就会越大，二氧化碳的情形比氧气的这种趋势还要突出，这也是为什么很多地窖密封之后里面很容易聚集大量的二氧化碳、氧气含量不足的原因。
 
    因此，从密度的层面来分析，低海拔地区的氧气体积比要比高原地区大，据测算，当海拔提升到3500米时，空气中的氧气含量要比海平面低25%左右，这在一定程度上也进一步拉低了高海拔地区的氧气总量。
    综上，我们从空气的密度和氧气的体积百分比两个方面，都可以看出高原地区的氧气含量要比平原地区降低得非常明显，对于那些肺活量大、活动能力强的人来说出现高原反应的比例会更高，引发不适甚至疾病的也更多，因为这部分人对于氧气的需求量要相对较高，而相反老人、小孩和女性的高原反应则不会那么强烈。

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