地球生態(tài)系統(tǒng)正在逼近9大極限

對(duì)人類而言，地球迄今仍然是個(gè)得天獨(dú)厚的樂園。過去一萬年以來，人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科技以及文化上所取得的絕大多數(shù)成就都發(fā)生在一個(gè)十分溫和的時(shí)期。在地球自然系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，這個(gè)時(shí)期的地質(zhì)、氣溫以及環(huán)境都維持在一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的范圍內(nèi)，沒有太大的波動(dòng)。較之此前的“更新世”和“上新世”，這一萬年的“平靜”實(shí)屬難得，因此，學(xué)者們將其稱為地球的“全新世”。自18世紀(jì)末人類進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代起，人類又進(jìn)入了一個(gè)被稱為“人類世”的新時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，人類逐漸從大自然手中奪過了“船舵”，成為了這個(gè)星球的新主人：地球上所有的系統(tǒng)由人定義、受人統(tǒng)治。但當(dāng)人類雄心勃勃“向大自然宣戰(zhàn)”、渴望“戰(zhàn)勝自然，征服世界”的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)其實(shí)一開始我們就錯(cuò)了一一人與自然間本是共生共贏的手足，而非你死我活的仇敵。可惜的是，至今還有不少人沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，他們?nèi)耘f沉迷在“與天斗其樂無窮”的自我膨脹當(dāng)中。近年來，能源告急、資源告急、環(huán)境告急……全球近70億人的需求幾乎要把地球推向崩潰的邊緣。通過直觀感受，一部分人逐漸意識(shí)到了氣候變化所帶來的嚴(yán)峻威脅，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠：環(huán)境污染、海洋酸化、物種滅絕等其他問題的嚴(yán)重程度絲毫不遜于此。在這樣的情況下，不少人都發(fā)出了“照這樣下去地球到底還能持續(xù)多久？”“地球的承載能力有無極限？”“人類還有多大回旋余地？”這樣的疑問。2009年，瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究所所長(zhǎng)約翰羅克斯特倫與來自環(huán)境、地球系統(tǒng)領(lǐng)域的28位國際專家組成了一個(gè)研究小組，對(duì)上述問題作出了回答。該團(tuán)隊(duì)的成員包括1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主保羅克魯岑、美國宇航局氣候?qū)W家詹姆斯?jié)h森、蓋亞學(xué)研究員和“臨界點(diǎn)”專家蒂姆萊頓以及德國總理首席環(huán)境顧問漢斯喬吉姆舍倫伯等。根據(jù)對(duì)地球系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識(shí)，研究小組確定了9個(gè)對(duì)人類生存至關(guān)重要的“地球生命支持系統(tǒng)”，并對(duì)目前人類的消耗水平和系統(tǒng)的“臨界點(diǎn)”進(jìn)行了量化和評(píng)估。研究人員警告稱，一旦9個(gè)臨界點(diǎn)全部或者大部分被突破，人類生存環(huán)境將面臨“不可逆轉(zhuǎn)的變化”，此后的地球?qū)⒉辉傧窠裉爝@樣的“和藹可親”。羅克斯特倫稱，由于認(rèn)知水平的限制和大量不確定因素的存在，這些“臨界點(diǎn)”目前還只是一種“粗略的估計(jì)”。但相對(duì)警示而言，我們更應(yīng)將其看作是一個(gè)喘息的時(shí)機(jī)，一個(gè)改變的機(jī)會(huì)。因此他更愿意將這些“臨界點(diǎn)”定義為“人類生存發(fā)展的安全空間”。海洋酸化嚴(yán)重威脅到珊瑚礁的生存1.海洋酸化指標(biāo)：全球文石（也稱霰石，是一種亞穩(wěn)態(tài)的碳酸鈣）飽和度比率臨界點(diǎn)：2.75:1工業(yè)化前水平：3.44:1當(dāng)前值：2.9:1評(píng)估：本世紀(jì)中葉將有部分海洋超出警戒線直到10年前，海洋酸化還是個(gè)很少有人提及的新鮮話題。但隨著大氣中二氧化碳的日漸增多，海洋酸化和氣候變化一樣也成了我們不得不面對(duì)的難題。數(shù)據(jù)顯示，自工業(yè)革命以來，全球海洋淺層海水的pH值已由8.16下降到了8.05。其實(shí)，酸化本身并不是主要問題，真正嚴(yán)重的是由其引起的連鎖反應(yīng)。淺層海水中碳酸鈣飽和度的降低便是其中最讓人擔(dān)心的一點(diǎn)。雖然就目前而言還不是特別嚴(yán)重，但一旦其低于某一閥值，像海螺、珊瑚這樣以碳酸鈣為主要發(fā)育條件的外骨骼海洋生物就將面臨被海水溶解的風(fēng)險(xiǎn)。至今為止，全球海洋文石飽和率已經(jīng)從工業(yè)化前的3.44:1下降到了現(xiàn)在的2.9:1。這意味著目前仍有3倍于極限值的文石能抵消海洋酸化對(duì)外骨骼類海洋生物的影響，但前提是不考慮地域差異因素。最近的研究表明，位于地球兩極的海洋文石飽和率極有可能在2050年左右下降到1:1以下。沒有人知道在這之后會(huì)發(fā)生什么。目前能想到的情況是：珊瑚等生物大面積滅絕；沒有生命的海洋從大氣中吸收二氧化碳的能力大幅下降，地球也將變得更熱。為了預(yù)防這種情況的發(fā)生，臨界點(diǎn)研究小組將海洋酸化的安全下限確定為2.75:1。臭氧層變薄與氣候變化間可能也存在著某種關(guān)聯(lián)2.臭氧濃度指標(biāo)：平流層臭氧濃度臨界點(diǎn)：276個(gè)多布森單位當(dāng)前值：283個(gè)多布森單位評(píng)估：安全但亟待改善即便在今天看來，上世紀(jì)70年代開始的臭氧層空洞研究仍是環(huán)境科普的一個(gè)典型案例。早在上世紀(jì)70年代，包括保羅克魯岑在內(nèi)的3位科學(xué)家就提出了全氯氟烴會(huì)嚴(yán)重?fù)p害地球臭氧層的問題。1985年，英國南極探險(xiǎn)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)法曼更是以親身經(jīng)歷證明了南極上空每年9月一11月都會(huì)出現(xiàn)“臭氧空洞”這一事實(shí)。1987年9月16日，24個(gè)主要工業(yè)國簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，要求逐步停止使用危害臭氧層的化學(xué)物質(zhì)。隨后在媒體的大聲疾呼和政府的高度關(guān)注下，拒絕全氯氟烴類產(chǎn)品、保護(hù)臭氧層逐漸成了人們的共識(shí)。1995年，提出這一問題的3位科學(xué)家也被授予了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。時(shí)至今日，臭名昭著的氟利昂等化學(xué)物質(zhì)已被禁用，危機(jī)似乎已經(jīng)過去。取而代之的是今天人所共知的全球變暖問題。但近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，臭氧層變薄與氣候變化間可能也存在著某種關(guān)聯(lián)。研究稱，隨著大氣中二氧化碳濃度和地表溫度的增高，接近地表對(duì)流層的溫度也會(huì)隨之上升。對(duì)流層溫度的升高又會(huì)導(dǎo)致平流層溫度的下降，這一系列連鎖反應(yīng)最終會(huì)導(dǎo)致破壞臭氧層的化學(xué)反應(yīng)加速。因此，雖然目前臭氧層的厚度還在安全范圍之內(nèi)，但我們?nèi)圆豢傻粢暂p心。淡水資源匱乏已成為全球性問題淡水消耗量標(biāo)準(zhǔn)：淡水年消耗量臨界點(diǎn)：4000立方公里當(dāng)前值：2600立方公里評(píng)估：本世紀(jì)中葉將達(dá)極限通過筑壩等水利工程，人類目前已成功控制了世界上大多數(shù)河流，但不幸的是，在此之后其中有近3成已不能到達(dá)海洋，成為了時(shí)澇時(shí)枯的季節(jié)河。水資源匱乏已開始成為我們不得不面對(duì)的全球性問題。位于哈薩克斯坦與烏茲別克斯坦交界的咸海就是一個(gè)典型的例子。I960年時(shí)的咸海曾是世界第四大內(nèi)陸湖，面積68000平方公里、水量1100立方公里。但在那之后，隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水的急劇增加，咸海水位不斷降低、面積持續(xù)縮小。1998年，咸海面積下降至28687平方公里，排名下降為第八，含鹽量從10克/升增至45克/升；2004年，排名降至第15位的咸海水量不足200立方公里，面積只剩下原本的四分之一；2007年，咸海的萎縮仍在繼續(xù)，面積只剩下了最初的10%。隨著水面面積的不斷縮小，降水也隨之減少，咸海的含鹽量逐漸增多，大批魚類死亡，以漁業(yè)為生的漁民們也不得不紛紛改行。臨界點(diǎn)研究小組建議將人類每年淡水消費(fèi)量的上限設(shè)定在4000立方公里。雖然目前2600立方公里的用水量離該上限還有相當(dāng)大的距離，但考慮到世界日益增多的人口和農(nóng)作物灌溉需求，羅克斯特倫認(rèn)為，從現(xiàn)在起就應(yīng)大幅減少非糧食作物的灌溉用水，以緩解人畜用水短缺。生態(tài)多樣性遭到巨大破壞生物多樣性指標(biāo)：百萬物種年滅絕數(shù)量當(dāng)前值：100評(píng)估：嚴(yán)重超標(biāo)人類在地球上的大肆擴(kuò)張使不少物種都走到了絕境。對(duì)野生動(dòng)物棲息地的開發(fā)阻斷了動(dòng)物的遷徙路線，帶來了老鼠、雜草等外來物種；工業(yè)污染讓原本平靜的自然環(huán)境不堪重負(fù);捕獵使野生動(dòng)物的數(shù)量急劇減少;人類活動(dòng)所導(dǎo)致的氣候變化讓野生動(dòng)物成為了無辜的受害者。2009年底，國際自然保護(hù)聯(lián)盟的報(bào)告顯示，其評(píng)估的44838個(gè)物種中，有16928種達(dá)到了瀕臨滅絕的狀態(tài)，其中包括八分之一的鳥類、五分之一的哺乳動(dòng)物、四分之一的珊瑚和三分之一的兩棲類動(dòng)物。世界自然基金會(huì)發(fā)布的地球生命指數(shù)評(píng)估結(jié)果也同樣讓人痛心：1686種脊椎動(dòng)物的種群數(shù)量，僅在從1970年到2005年這30多年間就下滑了30%。僅就單個(gè)物種而言，其作用或許不值一提，但若將其放置在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中觀察，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)物種都是自然界獨(dú)特、不可或缺的一個(gè)重要組成部分。如有的回收廢物，有的清潔水源，有的吸收二氧化碳，有的則保證海洋的化學(xué)平衡。雖然我們知道生物多樣性對(duì)健康的生態(tài)環(huán)境而言至關(guān)重要，但到現(xiàn)在為止，科學(xué)家們尚不清楚物種數(shù)量低至何種程度才會(huì)導(dǎo)致生態(tài)災(zāi)難，也不清楚哪一種物種在其中起著關(guān)鍵作用。因此，研究小組將生物的自然滅絕率一一10作為這一子系統(tǒng)的臨界點(diǎn)。顯然，現(xiàn)在我們已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)。氮磷循環(huán)指標(biāo)1：大氣年固氮量臨界點(diǎn)：350萬噸當(dāng)前值：1210萬噸評(píng)估：嚴(yán)重超標(biāo)指標(biāo)2：海洋中所檢測(cè)到的年均磷流失量臨界點(diǎn)：1100萬噸當(dāng)前值：90萬噸診斷：尚未超過氮是生命體不可或缺的重要組成元素，存在于每個(gè)活細(xì)胞當(dāng)中，是構(gòu)成DNA的4種基本元素之一。大氣中的氮經(jīng)微生物的作用進(jìn)入土壤，為動(dòng)植物所用，最終又在微生物的參與下返回大氣，如此循環(huán)往復(fù)，以至無窮一一氮的循環(huán)保證了地球生物圈最基本的一項(xiàng)物質(zhì)平衡。雖然地球大氣中氮的含量占到近80%，但可供人類直接使用的卻少之又少。19世紀(jì)以前，農(nóng)業(yè)所需的氮肥主要來自于畜糞和綠肥，人們?cè)诘h(huán)上還遵循著大自然原有的規(guī)律。1909年，這種天然的平衡終于被一位名為弗里茨哈伯的德國化學(xué)家所打破。這一年，他發(fā)現(xiàn)了從空氣中制備出氮的方法，合成氨成了把“空氣變成面包”的“神奇藥粉”。時(shí)至今日，人類每年通過這種方法固氮的數(shù)量已超過了800萬噸。但由于農(nóng)作物的吸收率極為有限，其中的絕大部分都會(huì)隨著地下水和河流進(jìn)入海洋。加上汽車等交通工具以及熱電站所釋放的含氮污染成分，人類每年向生物圈所排放的氮元素早已超出了地球處理能力的極限，達(dá)到了1210萬噸。多余的氮會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，破壞土壤和微生物原先的氮循環(huán)能力。與此同時(shí)，濕地以及湖泊中高度飽和的氮還會(huì)產(chǎn)生富營養(yǎng)效應(yīng)，使水生生物、植物異常繁殖、大量消耗氧氣，其所在水體會(huì)迅速成為“死亡區(qū)”。目前全球海洋中像這樣的區(qū)域已超過400處，墨西哥灣地區(qū)、波羅的海以及日本和韓國之間的水域都在其中，總面積近25萬平方公里。與氮相似的問題也同樣出現(xiàn)在磷上。目前，人類每年開采的磷礦有200萬噸，其中有一半以上最終會(huì)進(jìn)入海洋，是自然循環(huán)量的8倍以上，這同樣會(huì)帶來水體的富營養(yǎng)化。土地使用率指標(biāo)：用于耕種的非凍土比例臨界點(diǎn)：15%當(dāng)前值：12%評(píng)估：本世紀(jì)中葉將達(dá)極限農(nóng)業(yè)向自然生態(tài)系統(tǒng)尤其是熱帶雨林?jǐn)U張的速度也同樣驚人。全球一半的熱帶雨林到目前已經(jīng)消失，野生動(dòng)物原先棲息的草原如今變成了帶有圍欄的現(xiàn)代化牧場(chǎng)。臨界點(diǎn)研究小組認(rèn)為，農(nóng)牧業(yè)的盲目擴(kuò)張和城市化進(jìn)程的加速是生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞的另一大“元兇”，氣候變化以及水循環(huán)的破壞都與此相關(guān)。雖然研究小組制定了用于耕種的非凍土比例不超過15%的標(biāo)準(zhǔn)，但專家們認(rèn)為，人類土地安全同時(shí)還取決于一系列綜合衡量指標(biāo)的執(zhí)行程度，如生物多樣性與水文生態(tài)系統(tǒng)是否得到了合理的保護(hù)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在灌溉以及氮肥的使用上是否合理；城市的污染是否得到了無公害化處理等。二氧化碳濃度已超過臨界點(diǎn)二氧化碳濃度指標(biāo)：大氣中二氧化碳濃度臨界點(diǎn)：350ppm（百萬分比濃度）工業(yè)化前水平：280ppm當(dāng)前值：387ppm評(píng)估：超出極限大量的歷史數(shù)據(jù)表明，大氣中的二氧化碳是地球升溫的罪魁禍?zhǔn)?。通過燃燒化石燃料，我們已經(jīng)讓大氣中的二氧化碳濃度由工業(yè)化前的280ppm增加到了現(xiàn)在的387ppm。當(dāng)政客們還在為地球到底能容納多少二氧化碳而爭(zhēng)論不休時(shí)，世界頂級(jí)氣候科學(xué)家之一、美國宇航局戈達(dá)德空間研究所主任詹姆斯?jié)h森卻發(fā)出了“我們的排放水平早在20年前就已經(jīng)超標(biāo)”的驚人言論。那時(shí)，地球大氣中二氧化碳濃度為350ppm。有人會(huì)說，既然臨界點(diǎn)早已超過，為什么我們還好好的活著？臨界點(diǎn)研究小組給出的答案是，從長(zhǎng)期來看，二氧化碳濃度的變化是一個(gè)逐漸積累的過程，其具體結(jié)果也會(huì)通過間接的形式顯現(xiàn)。超過臨界點(diǎn)并不意味著一定會(huì)發(fā)生重大的災(zāi)難，但它意味著一種從“可能”到“必然”的轉(zhuǎn)變。不少人認(rèn)為地球的平均氣溫只有在升高5攝氏度或6攝氏度時(shí)才會(huì)發(fā)生生態(tài)危機(jī)，而現(xiàn)在只上升了不到2攝氏度，還有4攝氏度到5攝氏度的空間。而實(shí)際的情況是，2攝氏度可能就是我們最后的機(jī)會(huì)，一旦超過2攝氏度，情況極有可能無法挽回。因?yàn)楸鶎拥娜诨瘜⑹购Ｑ蠛完懙鼐哂懈鼜?qiáng)的吸熱能力，最終使永凍層融化，從而釋放更多的、比二氧化碳更強(qiáng)的溫室氣體一一甲烷。因此，全球變暖的形勢(shì)比原先預(yù)計(jì)的更加緊迫，目前大氣二氧化碳的濃度已經(jīng)達(dá)到危險(xiǎn)值，應(yīng)采取必要行動(dòng)使之回到350ppm或更低水平。氣溶膠濃度指標(biāo)：尚無臨界點(diǎn)：未知人類通過燃燒煤炭、畜糞、木材和作物秸稈制造了大量的粉塵，這些固態(tài)或液態(tài)的顆粒物在氣流運(yùn)動(dòng)的作用下會(huì)懸浮在大氣當(dāng)中，科學(xué)家把這種煙霧狀物質(zhì)稱為氣溶膠。除人類活動(dòng)外，自然活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生氣溶膠。據(jù)測(cè)算，目前地球大氣中氣溶膠的濃度已比前工業(yè)化時(shí)代多出了一倍以上。氣溶膠粒子具有分布不均勻、變化尺度小等特點(diǎn)，多集中于大氣的底層，對(duì)降水的形成起重要作用。有研究已經(jīng)證實(shí)氣溶膠甚至能對(duì)東南亞的季風(fēng)和雨量產(chǎn)生影響。此外，包含大量化學(xué)成分的氣溶膠還能對(duì)植物和人類的健康產(chǎn)生直接影響，從而造成作物減產(chǎn)和人類呼吸系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重時(shí)甚至能直接導(dǎo)致死亡。研究小組稱，氣溶膠的化學(xué)組成十分復(fù)雜：微量金屬、無機(jī)氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽甚至微生物或生物大分子都有可能包含其中。因?yàn)閬碓床煌⑿纬蛇^程不同，對(duì)環(huán)境的影響也很難準(zhǔn)確評(píng)估。例如，主體成分為硫酸鹽的氣溶膠會(huì)具有反射太陽輻射的作用，從而產(chǎn)生制冷效應(yīng)；主體成分為煙塵的氣溶膠則會(huì)吸收太陽輻射，導(dǎo)致溫室效應(yīng)。因此，就全球范圍而言，這些微粒的綜合作用目前還無法判斷，也無法給出臨界點(diǎn)。人為排放和化學(xué)污染是人體健康的“殺手”化學(xué)污染指標(biāo)：尚無臨界點(diǎn)：未知今天，全球已有近10萬種各不相同的人工