互动科普

地球上未来生命得以延续的环境，依赖于社会制度、工业技术和全球的关心。

地球上的生命能够延续下去吗？如果生命只不过是自身能够繁衍的有机物，那么几乎可以肯定地回答：“能。”古往今来，地球上的生命经历了无数次大灾大难，包括气候变化、大陆沉浮和与小行星撞击。至少在太阳变冷、最后“暗淡无光”之前，地球上的生命几乎肯定会延续下去。可是，如果地球上的生命像我们所知的那样，是已知空间中有生命物质的混合体，那么我们几乎可以肯定地回答：“地球上的生命不会延续下去。”人类改变了环境，包括改变了全球生物地球化学循环和水分循环，自然对地球的竞争性改变。过去一万年里发生的变化中，大部分是在我们这一代发生的，而且人类还在继续以越发多样的方式改变环境。

如果生命指的是我们、我们人种和维持我们的生活，那么可以回答说：“地球上的生命也许可以延续下去。”对于人类而言，生命绝对不是由洞穴简单地向前和向上的进化。人类的数量是间歇性地增长，人类文明却衰落了，就是我们的体格也在随时间变化。不过，自上个世纪中叶以来，人口数量增加了三倍。据联合国和世界银行预测，到下个世纪中叶，世界人口至少还要增加一倍。由于工艺技术而加强的经济活动，已经改变了地球。

这样大的人口数量、人类居住格局的迅速变化、人类生产和消费的增长，会对支持地球生命的自然系统产生什么影响呢？如果我们能够控制地球变暖、人口更加拥挤、联系更加密切多样的过渡，那就有希望有利的环境在未来持续下去。

托马斯•罗伯特•马尔萨斯曾提出，世界人口的增长呈指数曲线，达到某个最大值后，最终会下降。但这种设想让人想起一枚加速爬升的火箭在看不见的地方突然发生灾难，这是骗人的。34年前，Edward S. Deevey. Jr.提出了另一种观点。他把人口数量按对数比例尺作图，估算了我们人类起源以来的人口数量。Deevey很巧妙的时间跨度很长的分析，揭示出人口数量有三次浪潮。

每一次浪潮都与一次巨大的技术革命相符：工具的出现、农业范围扩大和工业的出现。每一次技术革命都改变了资源的意义，增强了地球的承载能力。每一次浪潮都有一个口数量指数增长的时段，接着是一个人口数量近乎稳定的时段。大致一百万年前开始的工具制造或文化革命，使人口数量上升到500万。在以后的8000年里，人类驯化植物和动物，创立了农业和畜牧业，人口数量增加100倍，达到大约5亿。目前处在第三次浪潮，人口数量已经达到56亿，这是科学-工业革命开始后只有300年发生的，充其量还是“人口增长再次达到稳定之前将会加倍甚至增加两倍”这种预测的中点。

这种全球人口增长趋势掩盖了一种更深层次复杂性的存在。人类生命可能起源于非洲。现在已经稳定地扩展到全球的每个角落，包括南极洲，那里的研究基地已改变了荒芜的景观。虽然人类在最不适宜居住的地方也继续生存下来了，甚至还人丁兴旺，但某些古代地区的生命史却发生了引人注目的变化。

我和我的同事，霍利•克罗斯学院的Thomas R. Gottschang、克拉克大学的Douglas L. Johnson和Billie L. Turner 、北卡罗莱纳大学査佩尔希尔分校的Thomas M. Whitmore研究过这种现象。为此，我们试图在那些能够把考古学报道与历史描述相互联系起来的地方重建长时间的、连续的人类居住史。我们一开始是想延伸居住记录资料，以便把自然过程（如气候变化或土壤形成）的变化同加速变化的人类活动联系起来。结合我们的资料，就能重建如下四个古代地区的长期人口序列；尼罗河河谷（6000年）、伊拉克底格里斯河-幼发拉底斯河低地（6000年）、墨西哥盆地（3000年）、墨西哥和危地马拉中央玛雅低地（2200年）。

这些重建的人口序列，其增长和减少状况都显示出同期性变化，人口增长都有中断的情况。除玛雅的人口外（记录最短），其余三个地区的人口都有2.5次高潮，按以前的基准人口至少增加了一倍，然后相对于最髙潮减少了至少一半。在第一个浪潮，人口增长率和减少率都是适度的，但在另1.5个高潮却比较明显。文明的崩溃尽管对于居民来说确实是灾难，但并不突然。虽然经历了人类历史上最惨重的一次灭绝：16世纪西半球土著人的流行病，但上述四个地区的第二个人口下降高潮却平均持续了500年。

整个文明地区健康状况的变化可以在各个人的健康状况中反映出来。我和我的布朗大学同事Robert S. Chen 、William C. Crossgrove、Jeanne X. Kasperson、Robley Matthews、Ellen Messer、Sara R. Millman、Lucile F. Newman考察了人类的身高。我们收集了其它人通常从成年男子的骨骼估计出来的髙度值。我们还研究了设定人口的实测身高。普遍认为，按年龄标准化和按人口取平均身髙，反映了营养和疾病状况。用这种方法可以将富足和健康的时间与饥饿和生病的时间区别开来。我们的分析结果表明，在整个人类史上，身高和健康状况是变化的。试举一个例子：古罗马不列颠的一位成年男子像本世纪相对应的人那样高或者比后者高，但他的维利亚女王时代后裔却较矮，因此，饮食、健康和营养的改善反映有一个停止的、有时是倒退的过程。

某些地区人口增长和下降的长期浪潮（我们称为千年长期浪潮）给地球上人类生命带来了问题。从前，特定地点的人口消长显然是平均值，一些地方增多，另一些地方减少，总的说是强调增长的一种平衡。是科学-工业革命及其带来的全球经济的增长（以全球饥荒响应系统而完善）使我们过去避免了马尔萨斯似的灾难吗？或者说，特定的地区至是世界先进地区，能在现代崩溃吗？

现代文明严重地影响了环境。关注这种影响的历史至少可以回溯到一个半世纪前。早在1864年.George Perkins Marsh就发表过一篇经典评论：“人和自然，或人类活动影响了物理地理学”。在这之后，1956年出现了一篇文章，题目为“人在改变地球面貌中的作用”。最近，1990年发表了一篇研究文章：“受人类活动影响的地球”。

一项国际合作“地球变化计划”已规划和实施了7年，它把16个国家的学科带头人集合在一起，为过去300年里全球和地区性变化提供资料。我们能够重建人类引起的13个全球范围内化学流量、土地面积和生物多样性的变化情况，包括陆地脊椎动物多样性、森林砍伐面积、土壤丧失面积、硫释放量、铅释放量、四氯化碳释放量、海洋哺乳动物数量、抽水量、植物多样性、碳释放量、氮释放量、磷释放量和沉积物流量。

这些研究人员估计了人类影响的范围，重点是近300年。为了把目前的变化置于长期预测之中，我们估计了农业开始出现以来近一万年人类对地球的影响。在这段时间里，人类砍伐森林的面积达到了美国陆地的面积，主要是用作耕地。每年从水圈取走的水超过了休伦湖的容量，供人类使用。地球上无冰土地生态系统的一半被人类改变、管理或利用。从天然环境中取走或合成的物流和能流，目前已相当于自然界本身的物流。

这种变化中的大部分是出现在很近的时间里。就13个范围中的7个而言，过去一万年里全部变化的一半是发生在我们这一代。目前普遍认为，源于政治动荡的威胁与全球环境的这些迅速变化有关。战争，特别是发展中国家常常起因于饥荒、环境灾害或自然资源缺乏。

我住在缅因州海边，并在那里写作。此地远离环境灾害。我问自己：下个世纪会发生什么。我有充分的理由这样问，因为到2050年有六个孙儿满60岁和70岁。当我努力想象他们那个时候的世界时，就是现在海洋中的海流、潮汐和风暴潮也会有变化。海流是长期变化趋势，潮汐是周期性涨落，风暴潮、退浪和离岸流都是突然袭击。

我尤其相信下个世纪地球将变暖、人口更加稠密、关系更加密切并更加多样化。环境变化、人口增长、联系密切多样就像海流那样深沉，是明显趋势。表面看来已成定局，较难逆转，只是快慢而已。尽管目前从科学上加以认识还不全面，但我们已经能够肯定地球会变暖。全球经济以及快速通讯和交通运输技术的广泛应用，使我们的世界能够取得更加密切的联系。这种日益密切的联系并不是说所有的人除了都喜欢可口可乐之外，其他方面也一样。相反，人和事的多样性会增加。商品、信息和人都被吸引到有资源、有机会的地方，那么这些地方多样性就会增加。不过，有一股强逆流，强调种族、国家和宗教之间的差异，这可能产生涡动和旋涡，把各种潮流混合起来，产生冲突。

与必然性潮流相对的极端是底流、离岸流和风暴潮，这些猛击我们的传统期望，只给我们留下期望意外的才智。似乎几十年都不改变的国界，在几个月里就土崩互解。特定危机的反作用，可以深入到人类行为和相互影响的新规范之中。像艾滋病之类疾病的传播，可以侵蚀人类社会的基础，增加不可预测灾害出现的可能性。

与长期趋势和意外性相反，有短期循环或潮汐，它们叠加在巨大的底流上。作为极短期循环的例证，请考察所谓的厄尔尼诺现象，它影响太平洋，周期为数年，不规则。还有几十年的长期变化，例如在西方国家，政策范围重复左右摆动，同时经济周期性膨胀和萎缩。

在这些潮汐和风暴中，人类便对他们长期生存下去的可能性表示出怀疑。在他们的孩子那一代，人口还能增加一倍吗？在我们的孙子那一代会再翻一番吗？粮食能养活这么多人吗？物质能满足他们的需求吗？能源够物质运动和转化吗？生产和利用能源、生产和形成物质的负面效应会损害人类健康和破坏我们人类最终赖以生存的生态系统吗？

马尔萨斯200年前（1798年）在他的文章《论人口的原理》中就明确地提出了这些问题。其实还要早，Tertullian在1800年以前就提出了这样的疑问：瘟疫、饥荒、战争、地震是否应看作对国家起一种补偿作用？是不是要作为减少人口过剩手段？马尔萨斯生于1766年，死于1834年，正是人口膨胀之中，当然不能期望他会为资源是否够养活英格兰人而担心。我们现在明白，在马尔萨斯出生的那个十年，英格兰和威尔士的人口增长7%；在第一次出版他的上述文章的那十年，这两个地方的人口增加了11%；在第五次出版时，即1817年，十年增长率达到高峰，为18%。

第二次世界大战后再次关注这些问题是毫不奇怪的。40年代后期、50年代初期才认识到发展中国家的人口膨胀。在过去45年里，科学界和公众对人口、粮食、材料、能源和污染的关注，经历了涨潮、退潮和再涨潮的过程，最近又处于新的黄金时代的前夕。

在最可能出现、最为有害或能殃及大多数人的威胁中，笔者可以找出三个令人关注的方面：①污染物的引入，即大气层酸雨、土壤中重金属和地下水中的化学物质；②人类面临的核降落物、平流层臭氧耗损和温室气体造成的气候变暖给全球大气的危害；③热带和山区的森林乱砍滥伐、干旱地区沙漠化、物种灭绝（特别在热带）所造成的对生物群的强大袭击。

物质生产和消费的高潮伴随着人口增多。1989年，国际应用系统分析学会分析了人口增加一倍的“常规预测”或“目前趋势”，认为变化的、富有营养的食物、工业产品和固定的工作是100亿人中大都能够得到的。不过，人口增加一倍，大概要求农业生产增加四倍、能源用量增加六倍、全球经济产值增加八倍。

很多专家认为这种2-4-6-8格局是不可信的，无疑是不能持续的。他们认为，按目前的技术水平和处在一种大气、土壤、地下水和生物区系都已发生很大变化的环境中是不可能达到这样的增加。对于今天的很多悲观主义者——Lester R. Brown、Paul R. Ehrlich、Anne H. Ehrlich、Donella H. Meadows、Dennis L. Meadows、Joorgen Randers等而言，一个人口超过50亿的世界已经是人口过剩了。因为事实上每个国家正在耗尽其资源或者恶化其环境。另外一些经济学家和技术专家却不同意，他们认为无形的价格上涨会抑制消费，会刺激节约和创造，确信人的创造能力可以克服所有的障碍。

但是，我们大多数人经过考虑后认为，我们正面临着严峻的形势。在一个非常短的时间内（大约几十年），社会上至少有比现在多得多的人需要食物、住房、营养、教育和工作。如果要避免全球变暖、人口更拥挤的灾难，只能靠人类的福利严重不公平，或者技术和发展采取极不相同的途径。

我们有多大可能采取这种不同的技术和发展途径呢？我从两种趋势得到了谨慎的鼓舞。这两种趋势是我发现的，但对它们还没有完全弄清楚。一种趋势是在能把我们带到未来的潮流中已经很显眼的那些变化；另一种趋势是人类对出现的新体制、新技术、新观念（也许最重要）的适应能力。

为了说明此潮流中某些有益的变化，请考察IPAT方程。这个方程是斯坦福大学的Paul Ehrilich和加利福尼亚大学伯克利分校的John P. Holdren首先提出的，目前已被广泛用于简单描述人类对环境产生的不利影响。这种不利影响（I）是人口（P）、富裕程度（A）和现有技术（T）的函数。这个方程使得人们对下述同题取得了共识：环境遭受破坏不仅是人口大量增长所致（工业国家的普遍看法），还是富裕国家掠夺式并且还在更多利用能源和物质所致（贫穷国家的普遍看法）。我认为，两个原因都很重要。例如，据温室气体源的估算数字，大部分温室气体来源于富国，但如果目前这种趋势继续下去的话，发展中国家将在20-30年内将排出富国那样多或更多的温室气体。现有技术使科学、技术和社会能改变给定水平人口和福裕的影响。

人口增长、富裕提高、技术推广都是能把我们地球推向变暖、更拥挤、更密切和更多样性的大潮流。逆流已对IPAT方程中每一个变量发挥作用。增长是缓慢的，限制是看得见的。试看人口并回味一下Deevey关于人口在变化的观点。我们目前正处在第三次人口高峰的最后阶段，即从高出生率和死亡率过渡到低出生率和死亡的阶段。英国用150年就完成了这种过渡，发展中国家的这种过渡比预计的要快得多。

出生率已大大下降，二次世界大战后曾达到每位妇女生五个孩子的高峰。人口零增长所要求的出生率，即每位妇女生2.1个小孩，已走完一半路程，目前的出生率是每位妇女生3.2个小孩。向低死亡率过渡要快一些。第二次世界大战后，发展中国家的概率估计寿命是40岁，目前已提高到65岁，如果以发达国家作为模式，至平均寿命75岁，则已走完2/3的路程。人口增长率在世界各地都放慢（非洲更是非常有节制），这是地球上生命会延续的令人鼓舞的原因。

“富裕”这一项也可能是自我限制的：“越富裕越清洁”。“地球变化计划”指出，在所研究的13种变化中，有5种的增大速度现在已减慢。这5种变化是：脊椎动物和海洋哺乳动物的灭绝以及铅、硫和四氯化碳的排放，这些都是富裕国家强烈关注的目标。世界银行1992年的一份报告认为，环境问题随富裕情况变化。最贫穷的国家首先需要住房和环境卫生；中等收入的发展中国家则努力解决空气种水污染的问题；最富裕的国家已把重点的从解决局部问题转移到关注全球环境问题。

经济和技术实力有助于制造业减少物质和能源的用量：“用较少的生产更多的”。从19世纪中叶起，通过使用含碳量较小（0.3%）的燃料生产能源和单位产量能耗总量的减少（1%），两者结合使单位产量的碳用量每年减小1.3%。即使如此，能源使用量的减少也不足以补偿经济的年增长率（3%），导致全球二氧化碳排放量每年增加1.7%。

一种相似但更复杂的非物质化趋势包含每单位产量的物质更少。钢和水泥我们正用得更少，但铝和化学品我们却用得更多（可是这两种物质的用量已达到顶峰，正在开始减少）。尽管发生了计算机和电视革命，但纸张的用量却保持不变。

我们还将重新考察各种影响。人类引起的变化对自然系统的影响，科学家们通常还不够清楚。弄清这个问题，有助于我们知道自然系统是不是受到了威胁，或者受到了多大威胁，或者当自然系统恶化时用什么东西取代之。研究工作一个明显的偏见促使了识别有害的影响，而不是确定那些能减轻这种危害的负反馈循环。例如，最近的文献指出，尽管污染物和酸雨的重负，但欧洲的森林生物量不仅幸存下来，而且还可能在增长。但要注意这种复苏很可能是因为这些化学污染物在起危害作用的同吋，也有施肥的作用。自然界可能比普通流行的不负责任的夸张说法更牢固。

乐观主义者把这些逆流视为好事。他们认为，这些趋势虽然还不足以克服全球人口或经济的增长，但至少是在向正确的方向发展。悲观主义者或者不重视这些逆流，或者把这些逆流简单地看作太弱和太晚。弄清楚正在起作用的许多因素，包括看不见的因素或看得见的因素，对乐观主义者和悲观主义者都有帮助。到目前为止，理解还十分模糊。试看人口变化趋势：是什么因素使生育力下降的？

大量的研究试图估计经济和社会发展的动态特性和相对贡献，并制定计划生育计划降低出生率。有几项涉及大部分发展中国家的研究发现，发展加快与出生率下降有密切关系，可解释约2/3的出生率下降。另一项研究表明，有组织的计划生育又使生育力下降15-20%。虽然只有几篇报告包含了文化和人种学，但这些因素似乎还是重要的。社会经济发展和真正的计划生育政策看来在东亚和东南亚非常有效，这些都是有中国血统的地区。这些计划生育政策在人口稠密的小岛或在城市国家里实施也有效。

如果像研究所表明的那样，“发展是最好的避孕方法”，但尚不清楚哪些方面的发展最有影响。分析人员认为，随着发展的进行，因有较多的孩子生存，减少了对更多孩子的需求，对童工的需求减少而对受教育儿童的需求增加。发展还减少了用于分娩和抚育孩子的时间，使妇女有更多的机会获得教育和找到有薪水的工作。最后，发展提高了对节育技术的应用。主张采取特殊政策的人，通常是从这些题材中选出一个来证明他们计划的正确性，但显然在发展过程中孩子生活得更好，会改变对劳动力的需求，同时增加妇女的发展机会和对计划生育的接受。

对于生育力的除低、污染控制动力学、矿物燃料脱碳动力学，我们还了解得不够。但是，对于所有这些问题都不乏有说服力的很简单的解释，来描绘那些逆流。正如生育力下降那样，把“发展”和“富裕”总受器的作用与有组织的科学或社会的努力分开之间存在着牵连。

为减少对我们的生命维持系统的特殊要求而必需做出的改变，更要对我们给地球的影响有基本的了解。但自然界没有并且也不会等待我们去做这样的了解。我们知道，必须加快有利的发展趋势，停止破坏性的趋势。怀疑自身是不是能幸存下来的物种，也能力争适应更暖和、更拥挤、联系更密切的世界。新的体制、新的技术和新的观念已经有适当位置，确立了使未来得以持续的各种技术和发展途径。

在联系更加密切也更多样化的世界，正在出现三种重要的超国界体制。最著名的是由诸政府形成的体制，即国际组织、条约和话动。目前，将近170个有效国际条约是针对环境的。新的国际组织（如联合国持续发展委员会）将监督1992年里约热内卢全球高峰会议的各项条约。“全球环境机构”把世界银行、联合国开发计划署、联合国环境规划署的人才和资金结合起来。同样著名的是跨国公司，但对其环境方面的活动通常不知道。这些跨国公司应对人类引起的全球变化负责，但它们越来越多地成为解决环境问题通用方法、技术和标准的传播者。最后，考虑得最少但在很多方面更加重要的真正蓬勃发展的跨国非政府和民间的环境和发展组织及其在发展中国家的相应机构，估计它们有20万个，日益按国际网络的方式联系起来。

在一个人口更加拥挤、消费更大的世界里，一种妥善处理办法是采用那些只需要适量能源、物料和信息等基本组成部分的技术。正如长期发展趋势所表明的，单位经济产量所需的能源和物料已经减少，并且有潜力加快这种发展趋势。简单的干预包括最近竞相制造一种低能耗、不耗损臭氧的电冰箱，这种冰箱将很快投入美国市场。另一项有关的努力是印度立即转向下一代致冷技术。在若干东欧国家，电话公司正在直接转向无线通讯系统，而不重建磨损线路基础设施。

自然出现的研究和行动领域是采用市场竞争机制和能有效地把能源和物料用量减少至最小、度弃物最少的机制，称为工业生态学。将来，则最持续地增加人类食物，但不增加环境负担，通常生物科学和生物工程、开发新能源、发展新的能源传送技术、发明新材料以及最终以信息替换能源和材料，是可以达到这个目标的。生物技术可以使农作物需要更少的肥料和农药。纳米技术和微电子学领域的研究人员希望开发出体积很小、废弃物很少的机器和工艺。

可能比新体制或新技术更重要的，是同更加关心环境相结合的新观念。地球上人的生命得以延续，至少需要三种至关重要的观念：必须同自然界共处、限制人类活动、必须更广泛地分享人类话动的好处。

这些观念正在扩展开来。去年冬天，笔者去听了一场音乐会，由500名学生演唱，其中包括笔者的孙子。令笔者最吃惊的是，笔者童年时代的那些爱国歌曲较少，而代之以环境赞歌和颂歌。在25周年地球日里，年轻美国人形成的时代精神已经发生变化，这一点并不令笔者惊奇。但这是缅因州的情况，世界其他地方如何呢？

Riley E. Dunlap和盖洛普组织1993年所做的一项研究，比较了12个工业国家和12个发展中国家（包括东欧在内）对环境问题的看法，惊奇地发现它们之间的看法差异较小。即使是造成环境问题的原因（人口过多和工业国家消费全球资源）。富裕国家和贫穷国家的居民也都视为同等重要。随着广泛的环境关心，正在出现一些意义更加深远的观念。请正视对人类本位论即将到来的巨大挑战，请重视为解决生态系统和经济需求的矛盾或为解决物种、处境、人、生活和生育之间均等的矛盾而做的比较谨慎的努力。

15年前，Rutgers大学的Lionel Tiger提出，有一种“希望生物学”，即对人类进化抱乐观主义观点，这部分增强了我们回答困难问题（如地球上人类生命可以延续下去吗？）的能力。虽然Tiger的论据不大充分，令人难以信服，但笔者与他有同感。这不是因为笔者过分相信市场中看不见的方面，或技术变化中、甚至James E. Lovelock的Gaia原理中看不见的方面（该原理说生命本身似乎创造了自身存在的条件），也不过分相信我的孙子以及全球那些聪明能干的同龄孩子的智慧和能力，而只是因为希望是一种需要，现在已经意识到经过长途跋涉去寻找宇宙中的生命是不大可能的，但我们人类作为一个物种要继续存在下去。