人类的第一生存要义 就是摆脱“温室地球”的命运

来源：中科院之声

“人类世”概念的确定，标志着地球气候系统的演变再也不是纯“自然”的过程，人类活动参与气候系统的演变并起到重要作用，这样的系统包含众多的临界点，一旦越过临界点，有可能引发“多米诺”骨牌式的反应，使得地球系统不可避免地滑入“温室地球”的深渊，届时全球温度会比工业革命前高4-5摄氏度，海平面比今天高10-60米。进入“人类世”，人类的第一生存要义，就是摆脱“温室地球”的命运。

“人类世”的到来

在2000年的一个国际会议上，大气化学家、诺贝尔奖获得者 Paul Crutzen（保罗·克鲁岑），受不了主讲人反复说地球现在处于全新世（Holocene）的看法，提出了“人类世”（Anthropocene）的概念。2002年，Nature杂志发表了他的文章《人类地理学》（Geology of mankind），在这篇文章里，他具体阐述了“人类世”的概念。

“人类世”的概念核心在于，人类活动的影响已经超过了自然变化的影响，尤其是自工业革命以来，人类在土地利用、建坝挖河、水资源利用等方面改变了地球的面貌和环境，最为重要的是，人类活动改变了大气成分，化石燃料巨量燃烧造成大气中温室气体浓度飙升，改变了气候变化的方式，从此地球的历史演变进入了全新的阶段。

在过去300年，地球面貌发生了翻天覆地的变化。全球人口增长了10倍以上，保罗·克鲁岑在2002年发表文章的时候，全球人口在60亿左右，而2018年初，全球人口已经飙升到了74.4亿以上。因为化石燃料燃烧引起大气中温室气体增加，2002年，大气中CO2浓度达到370ppm，这比工业革命前高30%，到2018年中期，大气中CO2浓度达到410ppm以上，这比工业革命前高45%以上，比过去80万年任何时候都高，甚至会是过去300~500万年以来的最高值。

人类的各项活动，深刻地影响着地球的演变，图片来自于http://www.anthropocene.info

保罗·克鲁岑把“人类世”的起始地质年代精确定为1784年，即瓦特发明蒸汽机开始。而“人类世”的最后时限，应当是到人类自然消亡的那一天，这个时间目前未知，保守估计至少应该有数万年。按照克鲁岑的说法，除非发生全球巨灾，例如小行星撞击、世界大战、全球性瘟疫，彻底改变全球的演变历程，人类未来将始终是影响环境的最主要因子，这一影响也许会持续数千年，因此在“人类世”里，全球科学家和工程师们任务艰巨，需要为人类寻找一条可以保持环境继续稳定发展的新路，在“人类世”里，一切都是未知，在地球历史上没有过去的记录可以借鉴。

尽管围绕着“人类世”的概念还有很多学术争议，但是“人类世”的概念深刻地影响了全球各界看待世界的方式。我国“黄土学之父”、著名地质学家刘东生院士指出：“人类世的提出是一个值得考虑的问题，因为它不仅是一个地质学分期的问题，同时还涉及到人在自然界的地位的问题，和人类认识自己的问题”（《中国三千年气象记录总集》序，2004年）。2011年5月，约20名诺贝尔奖得主向联合国提交了《斯德哥尔摩备忘录》，建议将人类现在所处的地质年代改为“人类世”。

人类活动给湖底的沉积物留下了与全新世截然不同的物质，　包括塑料、煤灰、核试验和核泄漏的放射性元素、金属、杀虫剂、活性氮及温室气体增加导致的结果，图片来自于Science杂志综述文章（Waters et al。，2016）

2016年， Science发表了综述文章The Anthropocene is functionally and stratigraphically distinct from the Holocene，来自英国地质调查局的 Colin Waters 等提供了大量的数据，他们指出“人类世”应该被认作是一个新的地质时间单位，其开始的时间应该为20世纪中期，即1950年左右，当时核能时代开始、人口膨胀、工业急剧发展、矿产和能源加快使用。人类活动给地球留下了无处不在而且持久的印记，与之前的全新世（Holocene）截然可分。

2016年，第35届国际地质大会在南非召开，会议正式通过人类纪（period）、人类世（epoch）和人类期（stage），随着地质年表的修订，被世界公认的“人类世”彻底到来。

在“人类世”里，在不进行大规模减排及积极应对的状况下，全球温度的升高可能会导致地球气候系统摆脱第四纪冰期-间冰期的周期变化，持续的温度升高和海平面升高，使得地球进入“温室地球”（Hothouse Earth）状态，全球应该共同努力避免这一结局，控制全球升温在1.5-2℃之间，进入到“稳定地球”（Stabilized Earth），图片来自于 Steffen et al。，（2018）

研究人员提出了至少10个可能加剧全球变暖的地球系统变化，包括：

1）高纬度永冻土消融释放甲烷和二氧化碳

2）海底甲烷水合物中的甲烷逸出

3）陆地和海洋储存碳能力削弱

4）海洋微生物呼吸作用增强

5） 亚马逊雨林退化

6）北半球中高纬针叶林退化

7）格陵兰岛冰盖消融

8）北极夏季海冰丧失

9）南极海冰减少

10）南极冰盖消退

按照触发以上过程的难易程度，可以分为三个档次：

1）1℃~3℃，在全球增温的这个范围内，容易引起夏季北极海冰消融、格陵兰岛冰盖消融、阿尔卑斯山冰川消亡、南极洲西部冰盖消融和珊瑚礁的白化。

2）3℃~5℃，当增温达到这个强度时，可能会导致亚马逊雨林向草原退化、北半球中高纬针叶林退化、季风区变化、全球海洋温盐环流变化。

3）>5℃，当增温超过5℃时，很有可能引起北极冬季冰雪量减少、高纬度永冻土消融释放温室气体、南极洲东部冰盖消融等。

地球系统本身的演变包含着众多的正负反馈机制，人类每年通过燃烧化石燃料排放400亿吨二氧化碳，其中大约一半被海洋、树木和土壤吸收并储存。然而，我们正通过砍伐过多的树木、大量土壤退化、超量使用水资源，排放过量的二氧化碳，把自然系统的调节潜力推到极限，而一旦越过极限，自然过程的作用有些可能会发生逆转。

1970年以来，25%的亚马逊雨林已经消失，图片来自于http://www.japantimes.co.jp

大规模热带雨林的存在，本身能够调整湿度和降水分布，即使短暂脱离平衡，也可以通过自身的调整恢复过来，使得自身的生态系统保持平衡。然而如果持续升温，这种机制就会慢慢变弱，一旦全球升温3摄氏度，可能使40%的亚马逊雨林“顶梢枯死”，这一过程一旦开始，就无法恢复，热带雨林会逐渐退化成稀树草原，在这一过程中释放出大量的碳，进一步加剧温室效应。

冰雪在地球气候系统中起到重要的作用，南北极海上浮冰的存在，反射了80%的太阳短波辐射，调控着进入地球系统的能量，然而如果增温导致浮冰融化消失，太阳辐射会直接进入海洋，使得海水温度升高，进一步引起更高的全球温度升温，更高的升温反过来引起更严重的冰雪消融，通过冰雪-辐射的正反馈机制，加剧全球增温。据估计，到本世纪中叶，北冰洋夏季将出现没有浮冰的状况，届时冰雪-辐射的正反馈机制会推高全球温度的走势。

在俄罗斯、加拿大、欧洲北部等地区的永久冻土层内封存大量甲烷和二氧化碳，甲烷所产生的温室效应能力大约是二氧化碳的25倍，一旦地球温度升高，导致寒冷地区的冻土融化，就会导致甲烷释放，而随着全球增温的加剧，高纬度的野火发生频次也进一步增加，在极端情况下，也有可能导致大面积过火，从而引起冻土融化，释放甲烷，加强火势并进入大气层，引起更强的温室效应。

森林和植物一直被看做是碳汇，随着大气CO2浓度的升高，会使得植物生长更为茂盛，进而吸收更多的二氧化碳，然而这个关系并不稳固，随着温度的增加，过高的植物叶面温度会导致光合作用效率降低，并且随着温度增加，土壤中微生物的呼吸作用会增强，这会把更多的土壤碳释放进大气。对于植物，更大的风险在于，随着温度增加、副热带地区降水减少及干旱区的扩展，北半球中纬度森林的南部区域容易受干旱的影响，从而导致植被的退化，从针叶林转变为干旱的草原，这些都会降低森林和植物作为碳汇的作用，甚至作用会反过来，成为碳排放的来源之一。

这些正反馈机制的临界点可能并不相同，有高有低，然而当一个临界点被触发之后，可能会像“多米诺”骨牌一样，就会推动地球系统倒向另外一张牌，而要阻止整排“多米诺”骨牌的倒下将会异常困难，甚至是不可能的，当最终地球气候系统滑向“温室地球”，地球上许多地方的宜居性将大打折扣。洪涝地区的暴风雨强度和频次将大大增强，而全球范围内的干旱和酷暑也会更加剧烈，如果西南极洲和格陵兰的冰盖融化，大量淡水注入海洋，会导致全球海平面上升13米；而一旦东南极洲的冰盖融化，海平面还会再上升12米，这种结果是毁灭性的，因为全球三分之二的特大城市处于海拔低于10米的区域，全球80%的人口生活在距离海岸线100公里之内。

一个可怕的前景。

海平面上升将引会使得全球三分之二的特大城市处于危险之中，图片来自于电影《后天》（The day after tomorrow）

如何应对？

如果全球温室气体排放继续“一切照旧”（business as usual），那随着全球温度的持续升高，气候系统的关键的临界点必然会被一一触发，从而最终导致“温室地球”的悲惨命运。因此，应对之策首先就是要改变“一切照旧”的发展方式和生活方式，采取更加积极的应对策略。