魏科

與地球46億年的歷史相比，人類短短300萬年的歷史猶如“一瞬間”，然而，就在這“一瞬間”，人類已將自己的印記深深“烙”在了這顆藍色星球上。

地球邁入人類世

在2000年一個國際會議上，諾貝爾獎獲得者、大氣化學家保羅·克魯岑，受不了主講人反復(fù)強調(diào)地球正處于全新世（一個覆蓋了從1.8萬年前到今天的地質(zhì)年代）的看法，提出了“人類世”的概念。

2002年，《自然》雜志發(fā)表了他的文章《人類地理學》，在這篇文章里，保羅·克魯岑正式提出“人類世”的概念，并對“人類世”一詞給出了具體闡釋：“自1784年瓦特發(fā)明蒸汽機以來，人類的作用越來越成為一個重要的地質(zhì)營力；全新世已經(jīng)結(jié)束，當今的地球已進入一個人類主導(dǎo)的新的地球地質(zhì)時代—人類世?！?/p>

“人類世”概念的核心在于，人類活動對地球的影響已經(jīng)大大超過了自然變化的影響，尤其是自工業(yè)革命以來，人類在土地利用、建壩挖河、水資源利用等方面極大地改變了地球的面貌和環(huán)境，更為重要的是，人類活動改變了大氣成分，化石燃料的巨量燃燒造成大氣中溫室氣體濃度飆升，改變了氣候變化的方式，地球的歷史演變自此進入了全新的階段。

在過去的300年間，地球面貌發(fā)生了翻天覆地的變化。全球人口增長了10倍以上，克魯岑在2002年發(fā)表文章的時候，全球人口為60億左右，而到2018年初，全球人口已經(jīng)飆升到了74.4億以上。因為化石燃料燃燒引起大氣中溫室氣體增加，2002年，大氣中的二氧化碳濃度達到370ppm（百萬分之一濃度），比工業(yè)革命前高30%；到2018年中期，大氣中的二氧化碳濃度達到410ppm以上，這比工業(yè)革命前高了45%以上，比過去80萬年中的任何時候都高，甚至是過去300萬～500萬年以來的最高值。

克魯岑把人類世的起始地質(zhì)年代精確定為1784年，即從瓦特改良蒸汽機開始。而人類世的最后時限，應(yīng)當是到人類自然消亡的那一天，這個時間長度目前未知，保守估計至少應(yīng)該有數(shù)萬年。

按照克魯岑的說法，除非發(fā)生全球巨災(zāi)，例如小行星撞擊、世界大戰(zhàn)以及全球性瘟疫等，徹底改變?nèi)虻难葑儦v程，人類將始終是影響地球未來環(huán)境的最主要因子，這一影響也許會持續(xù)很多年，因此在人類世里，科學家和工程師們?nèi)蝿?wù)艱巨，他們需要為人類尋找一條可以保持環(huán)境繼續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的新路，畢竟在人類世里，一切都是未知，在地球歷史上沒有經(jīng)驗可供借鑒。

盡管圍繞著人類世的概念還有很多學術(shù)爭議，但是人類世的概念深刻影響了全球各界看待世界的方式。我國“黃土學之父”、已故著名地質(zhì)學家劉東生院士指出：“人類世的提出是一個值得考慮的問題，因為它不僅是一個地質(zhì)學分期的問題，同時還涉及到人在自然界的地位的問題和人類認識自己的問題?！?/p>

2011年5月，約20名諾貝爾獎得主向聯(lián)合國提交《斯德哥爾摩備忘錄》，建議將人類現(xiàn)在所處地質(zhì)年代改為人類世。

2016年，《科學》雜志發(fā)表綜述《人類世在功能上和地層上與全新世截然不同》，來自英國地質(zhì)調(diào)查局的科林·沃特斯等人依據(jù)大量數(shù)據(jù)，提出人類世應(yīng)該被認作是一個新的地質(zhì)時間單位，其開始的時間應(yīng)該為20世紀中期，即1950年左右，當時核能時代開始、人口膨脹、工業(yè)急劇發(fā)展、礦產(chǎn)和能源加快使用。人類活動給地球留下了無處不在而且持久的印記，與之前的全新世截然可分。

2016年8月29日，第35屆國際地質(zhì)大會在南非召開，會議正式通過“人類紀”“人類世”和“人類期”的概念，隨著地質(zhì)年表的修訂，被世界公認的人類世徹底到來。

人類世的氣候挑戰(zhàn)

人類世概念的確定，標志著地球氣候系統(tǒng)的演變再也不是純“自然”的過程，人類活動不斷參與氣候系統(tǒng)的演變并起到重要作用。

根據(jù)對兩極冰芯的分析，自從進入第四紀以來，隨著地球軌道參數(shù)的變化，地球氣候大概維持著10萬年左右的周期，進行冰期-間冰期-下一個冰期……的循環(huán)演變。自從全新世以來，地球進入溫暖的間冰期，高緯度冰雪消融，海平面上升，農(nóng)業(yè)和生產(chǎn)工具不斷進步，人類社會繁榮發(fā)展。

全新世里，人類成為地球系統(tǒng)演變里不可忽視的力量，甚至成為重要的改變因子。人類活動已經(jīng)改造了至少50%的陸地表面，對生物多樣性、土壤結(jié)構(gòu)和氣候都造成了重大影響。人類每年向大氣排放1.6億噸二氧化硫，這是所有自然排放量的兩倍以上。人類燃燒化石燃料產(chǎn)生的氮氧化物總量，遠遠超過自然過程的排放量。人類活動引發(fā)的風化率比自然風化率高出一個數(shù)量級。更為重要的是，人類活動引起大氣中溫室氣體數(shù)量飆升，目前大氣中的二氧化碳濃度達到410ppmv（體積比，百萬分之一），這比過去至少80萬年中的任何時候都高，由此導(dǎo)致全球溫度升高，目前的地球氣溫幾乎和第四紀里間冰期的歷史最高溫度一樣高。

2018年8月6日，由瑞典學者威爾·史蒂芬領(lǐng)銜，澳大利亞國立大學、瑞典斯德哥爾摩大學、丹麥哥本哈根大學和德國波茨坦氣候影響研究所等研究機構(gòu)的科學家共同撰寫的文章發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上，文章分析了人類世里地球氣候系統(tǒng)的可能演變軌跡。他們指出，在全球變暖的過程中，地球系統(tǒng)存在不少的臨界點，如果超過這些臨界點，容易引起多米諾骨牌式的正反饋過程，突破一個個臨界點，會使得地球氣候系統(tǒng)脫離冰期-間冰期的旋回/循環(huán)，最終導(dǎo)致地球系統(tǒng)不可避免地滑入“熱室地球”的深淵。在“熱室地球”狀況下，全球平均氣溫較工業(yè)革命前高4～5℃，這將超過數(shù)百萬年間冰期的最高溫，甚至比中新世時期的氣溫還高，海平面比今天高10～60米。

因此，伴隨地球進入人類世，人類的第一生存要義就是擺脫“熱室地球”的命運。

被觸發(fā)的氣候變化臨界點

研究人員提出了以下至少10個可能加劇全球變暖的地球系統(tǒng)變化，包括：高緯度永久凍土消融釋放甲烷和二氧化碳，海底甲烷水合物中的甲烷逸出，陸地和海洋儲存碳能力削弱，海洋微生物呼吸作用增強，亞馬孫雨林退化，北半球中高緯度針葉林退化，格陵蘭島冰蓋消融，北極夏季海冰喪失，南極海冰減少，南極冰蓋消退。

按照觸發(fā)以上過程的難易程度，可以分為三檔：

第一，1℃～3℃。全球增溫在這個范圍內(nèi)時，容易引起夏季北極海冰消融、格陵蘭島冰蓋消融、阿爾卑斯山冰川消亡、南極洲西部冰蓋消融和珊瑚礁的白化。

第二，3℃～5℃。當全球增溫達到這個強度時，可能會導(dǎo)致亞馬孫雨林向草原退化、北半球中高緯度針葉林退化、季風區(qū)變化、全球海洋溫鹽環(huán)流變化。

第三，當全球增溫超過5℃時，很有可能引起北極冬季冰雪量減少、高緯度永凍土消融并釋放溫室氣體、南極洲東部冰蓋消融等。

地球系統(tǒng)本身的演變包含著眾多的正負反饋機制，人類每年通過燃燒化石燃料排放400億噸二氧化碳，其中大約一半被海洋、樹木和土壤吸收并儲存。然而，我們正通過砍伐過多的樹木、大量土壤退化、超量使用水資源，排放過量的二氧化碳，把自然系統(tǒng)的調(diào)節(jié)潛力推到極限，一旦越過極限，自然過程的作用就有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

大規(guī)模熱帶雨林的存在，能夠調(diào)整濕度和降水分布，即使系統(tǒng)短暫脫離平衡，也可以通過自身的調(diào)整恢復(fù)過來，從而使自身的生態(tài)系統(tǒng)達到新的平衡。然而如果氣溫持續(xù)升高，這種機制會慢慢變?nèi)?，一旦全球升溫達到3℃，40%的亞馬孫雨林可能會“頂梢枯死”，這一過程一旦開啟就無法逆轉(zhuǎn)，熱帶雨林會逐漸退化成稀樹草原。在這一過程中會釋放出大量的碳，必將進一步加劇溫室效應(yīng)。

冰雪在地球氣候系統(tǒng)中起到重要的作用，南北極海上浮冰的存在，反射了80%的太陽短波輻射，調(diào)控著進入地球系統(tǒng)的能量，然而如果增溫導(dǎo)致浮冰融化消失，太陽輻射會直接進入海洋，使得海水溫度升高，進一步引起全球溫度的升高，更高的升溫反過來會造成更嚴重的冰雪消融，通過冰雪-輻射的正反饋機制，加劇全球增溫。

據(jù)估計，到本世紀中葉，北冰洋夏季將出現(xiàn)沒有浮冰的狀況，屆時冰雪-輻射的正反饋機制會推高全球溫度的走勢。

在俄羅斯、加拿大和歐洲北部等地區(qū)，永久凍土層內(nèi)封存有大量甲烷和二氧化碳，甲烷所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)能力大約是二氧化碳的25倍。一旦地球溫度升高，寒冷地區(qū)的凍土融化，就會導(dǎo)致甲烷釋放，而隨著全球增溫的加劇，高緯度的野火發(fā)生頻次也在進一步增加，在極端情況下，也有可能導(dǎo)致大面積土地過火，從而引起凍土融化，釋放甲烷，加大火勢并使溫室氣體進入大氣層，造成更強的溫室效應(yīng)。

森林和植物一直被看作是碳匯，隨著大氣中二氧化碳濃度的升高，植物的生長會更為茂盛，進而吸收更多的二氧化碳，然而這個關(guān)系并不穩(wěn)固，隨著溫度的增加，過高的葉面溫度會導(dǎo)致植物光合作用效率降低，并且隨著溫度增加，土壤中微生物的呼吸作用增強，這會把更多的土壤碳釋放進大氣。對于植物來說，更大的風險在于，隨著溫度增加、副熱帶地區(qū)降水減少及干旱區(qū)的擴展，北半球中緯度森林的南部區(qū)域容易受干旱的影響，從而導(dǎo)致植被退化，從針葉林轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊档牟菰?，這些都會降低森林和植物作為碳匯的作用，甚至出現(xiàn)反作用，成為碳排放的來源之一。

上述正反饋機制的臨界點可能并不相同，有高有低，然而當一個臨界點被觸發(fā)之后，可能會像多米諾骨牌一樣，一旦一張牌被推翻，就會推動地球系統(tǒng)朝向另外一個方向變化，而要阻止整排多米諾骨牌的倒下將異常困難，甚至是不可能的。當?shù)厍驓夂蛳到y(tǒng)最終滑向“熱室地球”時，地球上許多地方的宜居性將大打折扣。與此同時，洪澇地區(qū)的暴風雨強度和頻次將大大增強，而全球范圍內(nèi)的干旱和酷暑也會更加劇烈，如果西南極洲和格陵蘭的冰蓋融化，大量淡水注入海洋，會導(dǎo)致全球海平面上升13米；而一旦東南極洲的冰蓋融化，海平面還會再上升12米，這種結(jié)果是毀滅性的，因為全球三分之二的特大城市處于海拔低于10米的區(qū)域，全球80%的人口生活在距離海岸線100千米之內(nèi)。

這無疑是一個可怕的前景，也是人類難以承受的。

擺脫“熱室地球”

如果全球溫室氣體排放“一切照舊”，那隨著全球溫度的持續(xù)升高，氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵的臨界點必然會被一一觸發(fā)，最終導(dǎo)致“熱室地球”的悲慘命運。因此，應(yīng)對之策首先就是要改變原有的發(fā)展方式和生活方式，采取更加積極的應(yīng)對策略。

目前，地球溫度已經(jīng)比工業(yè)革命前高1.1℃，并且依然保持加速上升的勢頭，這使得氣候系統(tǒng)再難以恢復(fù)第四紀冰期-間冰期的旋回/循環(huán)。另外，我們要努力避免地球進入到“熱室地球”中。讓氣候平衡到“企穩(wěn)地球”的狀態(tài)可能是我們目前唯一的選擇，雖然這個狀態(tài)也許不是氣候系統(tǒng)內(nèi)在的平衡態(tài)，但是在人類活動的參與下，有可能會實現(xiàn)這樣一個穩(wěn)定狀態(tài)。在這個狀態(tài)里，氣溫和海平面溫度的數(shù)值幾乎是冰期-間冰期旋回/循環(huán)里最高的，但尚未觸發(fā)到各種氣候臨界點，從而保持了全球氣候的穩(wěn)定性。