互动科普

自全新世人类文明诞生开始，在将近一万年的时间里，我们的世界看上去似乎辽阔得难以想象。辽阔的陆地和海洋有着无限的资源，人类可以随意污染，也可以简单地通过迁居来避开局部的环境约束。人类用他们的开拓能力建造了帝国和经济体系，他们可以开采的财富似乎取之不尽，用之不竭。人类从未想过这种肆意妄为会有终结的一天。

然而，公共健康领域的成就、工业革命，以及后来的绿色革命，使全球人口从1800年的10亿猛增到现在的将近70亿。仅在过去的50年中，世界人口数量就翻了一番。在财富的助推下，我们对资源的利用达到了令人惊愕的水平。50年来，全球的食物和淡水消耗增加了两倍，化石燃料增加了三倍。这个星球所有光合产物的1/3到一半都已经被我们利用了。　

这种肆意的经济增长还使污染从一个局域性问题发展成一个全球性问题。平流层臭氧耗尽和温室气体浓度就是最为明显的例证，但是其他的不利影响也在加剧。

人口激增、资源损耗和环境破坏已经改变了我们的地球。我们现在好比生活在一个“满载”的世界，资源有限，吸收废弃物的能力也有限。在这样一个世界里生活，遵循的规则当然也有所不同。最根本的是，我们必须采取措施以确保我们的行为活动是在环境系统的“安全操作空间”之内。如果我们还不调整自己的行为方式，将会给人类带来灾难性后果。

是什么引起了这样的变化？我们又该如何避免呢？最近，瑞典斯德哥尔摩应变中心（Stockholm Resilience Center）的约翰·罗克斯特伦（Johan Rockstrom）领导的一个国际小组［成员来自欧洲、美国（包括本文作者）和澳大利亚］正在为一个更大的相关问题寻找答案：我们是否正在接近地球的“临界点”？越过这些临界点，就会把全球环境推向一个人类历史上从未出现过的危险境遇。

在仔细考察了关于物理和生物系统的无数跨学科研究成果之后，我们小组确定了9个环境过程，可能会扰乱地球供养人类生命的能力。对于这些过程，我们可以设置一个界限，在这个界限内，人类的活动是安全的。其中7个过程有清晰的界限 （见第21页图表），可以用数据进行科学的界定（当然这些数据也有某些不确定性）。其中3个——气候变化、海洋酸化和平流层臭氧消耗代表了引爆点或翻转点（tipping point），其他4个界限则表示不可逆转的衰退。剩下的两个环境过程——大气污染和全球化学污染，还未进行广泛的研究，因此尚未建立数值界限。

我们小组分析显示：有3个过程已经突破了它们的临界点。它们分别是：生物多样性减少、氮污染和气候变化。其他所有过程也都在逼近它们各自的阈值。将来个别界限的数值可能还会细微调整，也可能会有其他过程新加进来，但这组阈值是对全球最危险环境问题的“顶极”总结，为如何应对这些威胁提供了一个思想框架。

化石燃料的困局

了解最紧迫环境问题的成因后，我们就可以找到线索去解决它们。例如，气候变化和海洋酸化问题原因是相似的，都是由于人类使用化石燃料，释放了CO2到大气中。

气候变化。虽然我们的星球已明显受到了人类活动所导致的气候变暖的影响，将来还会受到更多的影响，科学家和决策者还是在寻找办法避免发生毁灭性的结果——包括两极冰川消失、淡水补给中断，以及某些区域性气候系统的破坏。现在，CO2的浓度已经达到了387ppm（单位体积浓度），而温室气体达到何种水平会引起危险的气候变化，相关的争论还在继续，这暗示我们必须评估别人提出的CO2临界值从350ppm到550 ppm范围的各种CO2浓度。我们的分析表明，为使地球远离气候翻转临界点，保守估计CO2浓度应保持在350ppm以下。为了达到这个目标，全世界必须立即采取行动稳定温室气体的排放，并在未来的几十年中持续减少温室气体的排放量，使之大大低于目前的排放水平。

海洋酸化。正在发生的海洋酸化是气候变化较少为人所知的“孪生兄弟”。随着大气中CO2浓度不断升高，CO2在水中溶解形成的碳酸总量也在不断增加，从而使海洋表面变酸。海水在自然状态下呈碱性，pH值在8.2左右，现在海洋的pH值已经降低到8.0，并且还在降低。海水表层会形成的霰石（aragonite，又称全球文石，一种亚稳态的碳酸钙），我们以霰石的下降水平来衡量海水酸化的程度。海洋食物链上的许多生物，从珊瑚虫到大多数浮游植物，都有赖于霰石来形成自身的骨骼和外壳。海水不断酸化将会使海洋生态系统和食物链严重衰退。这是迫使人们转向低碳能源的又一个原因。

食物生产的威胁

人类已经占用了地球上35%的土地来种植和放牧，扩大农业生产是开辟新耕地的主要动机，这导致了对自然生态系统的破坏。由于人类的土地利用方式，几个全球性的临界点有相互交织在一起的危险。

生物多样性丧失。土地开发正在导致地球历史上最为严重的物种灭绝。现在的物种灭绝速度是有地质记载以来正常物种灭绝速度的100到1,000倍。全世界从陆地到海洋生态系统，物种多样性都在以这样的速度丧失，这会破坏区域和全球尺度的生态系统过程。我们必须花更大的力气来保护生物多样性，尤其是在敏感的热带雨林地区。一些行动计划，比如联合国的“减少毁林和森林退化的排放计划”（Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation，简称REDD）筹集资金减少热带雨林的砍伐，可以同时应对生物多样性下降和碳排放两个问题，将非常有效。

氮磷污染。化肥的广泛使用使地球的化学过程陷入混乱。地球上每年1.33亿吨氮和1 000万吨磷的使用量使环境中的氮磷流量翻了一番。两者都在造成广泛的水体污染，使无数的江河湖泊退化，形成很大的缺氧“死亡区域”，严重破坏近海生态系统。因此我们需要一种新的农业方式——既能增加食品生产，又可保护环境。

淡水损耗。在全球范围内，我们每年从河流、湖泊和地下蓄水层抽取的淡水高达2600立方千米，用于灌溉（70%）、工业（20%）和家庭用水（10%）。这就导致很多大的河流流量减少，有些甚至已经完全干涸。标志性例子就是，美国科罗拉多河已经断流，亚洲中部咸海的大部分地区也已经沙漠化。将来对淡水的需求会更为巨大，只有通过技术的大改进，提高全球水资源的利用效率，尤其是灌溉效率，才能帮助我们避免更严重的水资源短缺。

远离临界点

我们小组数月前发表在《自然》杂志上的文章引起了一场有益的科学讨论。总的来说，这个工作得到了好评和认可，被认为是一次为世界划定“警戒线”的思想实验。然而，我们的工作也遭到了一些科学家的批评，认为我们甚至都不应该尝试去设定这样的界限，还有一些科学家则不认同我们设定的数值。

也许最重要的批评是，通过设定临界值，我们可能会鼓励这样一种想法：只要环境破坏保持在一定限度内就可以接受。我们正式声明，这不是我们的初衷！社会不应该放任这个世界滑向危险边缘而不采取任何行动。即使我们离界限还有1/3的路程，已经走过的2/3也仍然会造成严重的危害。我们呼吁人们变得足够聪明、足够无私（指对子孙后代而言），尽可能远离这些临界点，因为每一个临界点都代表一个环境危机。

大多数批评是合理的，对于其中的许多批评，我们小组也早有预见。我们知道界限的概念还需要更多的研究，特别是一些数值的修订，我们将继续努力。但我们觉得这个概念是强有力的，它将有助于建立一个集体思想框架，来考虑人类生存的环境极限。我们希望这些结果引起的讨论不局限在科学圈子内部。现在看来，这个愿望已经实现。

解决方案的第一步

各个临界值是高度关联的，科学家已经提出了一些解决措施。

当这个世界为了全球的可持续发展而分别提出社会、经济和环境要求时，一组全面而广泛的星球临界值应该得到尊重。我们已经开始应对其中的一些挑战，但方法是零散的，每个临界值都被拿出来单独考虑。事实上，这些临界值是高度关联、相互交叉的。一个临界值被超过，会对另一个临界值形成压力，增加超过它的风险。例如，突破气候变化的临界值可能会导致物种灭绝率上升。同样，氮、磷污染可能破坏水生生态系统的缓冲能力，大大加快生物多样性的丧失。如果我们总是单方面采取补救措施，一次只试图解决一个问题，这种努力很可能会失败。

在这个关键时刻，科学家仅仅把问题界定出来后就下班回家，是远远不够的。我们还必须提出解决办法，可以先从以下几方面着手：

■ 向高效低碳的能源系统过渡。日益紧迫的气候变化和海水酸化要求我们必须尽快将大气中的CO2浓度稳定下来，最好控制在350ppm以下。这一过渡将要求能源效率有很大的提高，迅速将低碳能源规模化。.

■ 严格控制土地光秃和退化，特别是热带雨林的砍伐。很多环境破坏，特别是生物多样性丧失，都是人类聚居地无限扩张导致的结果。

■ 变革农业。几个临界值，包括富氧化污染和水源短缺，都与我们的产业化农业有关。新的农业措施，包括新品种的培育、精准农业技术的研发，以及水肥资源利用效率的提高，可能实现这一目标。

我们在实施这些解决方案时应该认识到，要获得一个更加可持续的未来，绝对不存在一个简单的操作手册可循。我们将会在经济、政治和社会方面建立起新的工作原则，同时清楚地意识到我们对环境和人类发展过程的认识还很有限。任何基础的或创新的措施，都应使我们能够对环境健康和社会需求的变化指标作出响应，从而帮助我们提高自然界和人类社会的缓冲能力，使它们更加“强壮”，不容易受到将来很可能发生的意外的冲击。为了使自然界的缓冲能力达到最大，我们必须在地球这个日益衰退的行星的界限之内，尽可能做到最好。