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危险!地球生命的九条底线,人类正在触及

人类已突破的界限从3条上升到了4条,这四条分别是气候变化、生物圈、生物地球化学流和土体系统改变。

地球生命的九条底线,这个概念并不是第一次提出,早在2010年就已经在《生态与社会》杂志上刊登了,是由瑞典斯德哥尔摩环境所主任约翰·洛克斯特伦与28位环境与地球系统科学杰出人物共同完成的,题目是《从海洋到臭氧:地球的九个生命支持系统》。
如今,五年过去了,2015年2月13日,这篇文章再次回到人们的视野中,不过,这一次在《科学》杂志上发表的《地球的底线:在变化的星球上引领人类发展》可以看做是《从地球到臭氧》的升级版。与之前文章不同的是,这九条底线的定位更加明确,其中将最后一条的化学污染改为了新物质的引进,同时,人类已突破的界限从3条上升到了4条,这四条分别是气候变化、生物圈、生物地球化学流和土体系统改变。
1.海洋酸化
诊断:目前很安全,但是到本世纪中期,某些海洋将越过临界点
海洋酸化是指,由于海洋吸收了大气中释放的过量二氧化碳,海水正在逐渐变为酸性,自工业革命以来,海水的pH值下降了0.1。海水变酸将会导致海水中的化学平衡发生变化,依赖于化学性质稳定的多种海洋生物将面临死亡和灭绝。
在过去的200年里,海洋表面的游离H+离子浓度增加了约30%,全球海洋中的化学物质含量发生了急剧的变化,对海洋生物、海洋渔业、生物链、食物网都造成了很大的影响。在2009年,全球150多位著名海洋科学家提议并通过了《摩纳哥宣言》,该宣言表达了他们对海洋生态系统的破坏表示深切关注。宣言指出,海水中的酸度正在快速增加,受人类活动影响,比自然增长速度高出100倍。
由于海洋与大气在不断进行着气体交换,人类生产活动和生活活动所排放的任何一种气体最终都会落入海洋。为了促进生产、工业进步,不仅大量开采煤、燃烧劣质煤,使用天然气和化学燃料物,还有更多的个人排放形式。长此以往,能力越来越弱小的海洋所能吸收的二氧化碳越来越少,促使全球变暖。
2.平流层臭氧损耗
诊断:安全且正在改善
上世纪七十年代,南极洲上空平流层形成的臭氧洞是环境临界点的典型例子,也着实让人类感到紧张和担忧。不过,最近臭氧空洞为我们带来了好消息,在2000年至2013年间,南极上空的臭氧空洞35年来首次变厚,停止扩大。不过,与1980年相比,仍然薄了约6%。
臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分,主要作用是吸收短波紫外线。臭氧层密度不高,如果要压缩到对流层的密度,它就只有几毫米厚了。
在上世纪,美国化学家马里奥·莫利纳首次提出了氟利昂,也就是氟氯烃对臭氧层的破坏作用,这种物质普遍存在于冰箱和空调器之中。所以,科学家们找到了能够代替氟氯烃的物质。但是,新的问题随之出现,这些物质虽然不会破坏臭氧,但却会造成温室效应,加快全球变暖。所以,目前还没有一个万全之策。
臭氧空洞恢复情况仍然会有的年份好、有的年份坏,反反复复,更加没有规律可循。在恢复较好的年份中,我们就会较少地暴露于南半球有害的阳光之下,这就相当于一种暂缓降临的危机。不过,臭氧层正在人类的努力之下逐渐愈合,可以成为首个越界被挽回的例子。

3.干净水源使用
诊断:到本世纪中期,将达到界限
修订后的淡水使用界限保持了原先蓝水消耗的部分,包括河流、湖泊和可再生储存地下水,同时,这次使用的统计方式考虑了河流年度内流量变化的因素。
淡水与人类生活的贴近度更为密切,所以地球上的淡水资源几乎全部由人类控制着,为了饮水,获得更好的水质,人类修建堤坝、设置管道,这些行为导致的后果使世界四分之一的水系至少在一年的部分时间内不再流入大海。而且地球的水资源无法完成应有量的循环,使得大片土地干涸,湿地逐渐消失。
由于人类用水量巨大,河水、雨水不能满足人类生活生产的需求,所以,我们需要抽取越来越多的地下岩石孔隙中存储的水,而这部分水资源却永远都不能由雨水代替;我们也正在通过消耗湿地、夷平森林来破坏水循环的各个环节。
防止淡水危机并不是仅仅控制住人口数量就够了,维护和恢复自然生态水循环系统才是长久之道,例如热带雨林、淡水河流等等。水文学家克罗斯特伦提出,虽然我们目前的用水量没有达到每年4000立方公里,但为了养活世界上日益增长的人口数量,用水几乎呈现无节制的状况,“大限”离我们并不遥远。
4.生物圈多样性
诊断:远远超过界限
科学家们采用了一种“双组分”的方式来进行评估,首先是抓住独一无二的基因“信息库”,因为遗传的多样性提供了生物延续的可能;其次是捕获生物圈在地球系统中的功能作用,通过价值、范围、分布和在生态系统中的生物或生物的功能性状来判断相对丰度。
天然的食物链是物种多样性最好的保护伞,但不幸的是,现在人类居于生物链的顶端,并且因为数量巨大、社会属性等原因,没有绝对的自然天敌。同时,还会因为人类对环境的大力度破坏使得很多生物面临大面积死亡甚至灭绝。除此之外,人类对生物的捕杀也是造成生物数量减少和物种减少的重要原因,人类对自然环境的污染也成为生物大面积死亡的原因之一。
我们知道生物的种类要保持在一定水平才能使得大自然“收支平衡”,但我们却不知道这个具体的数值是多少,也不知道哪些生物扮演着维持生态系统稳定的核心角色。瑞典斯德哥尔摩环境所主任约翰·洛克斯特伦团队把原始灭绝率当作生态系统状态的最佳“临时指示器”。 他们估计,目前的物种灭绝率超过了每年100/百万,而且还在上升。本世纪,高达30%的哺乳动物、鸟类和两栖类动物将受到灭绝的威胁。他们提出安全的年灭绝率不应超过每年10/百万。按照这个衡量标准,他们说,“人类已经进入危险区的深处……如果当前的灭绝率继续保持下去。”

5.生物化学流(氮和磷)
诊断:远远超出界限,其影响正在恶化
原来的界限只包括了磷和氮,经过修正之后,用生物化学流代替了之前的氮磷排放,因为其它元素,如硅也是地球系统功能的重要影响者。此外,还有越来越多的证据证明,环境中元素之间的比率,可能在大海中对生物和气候发生着持续的影响。
固氮指的是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,分为自然固氮和人工固氮两种。影响大气中固氮含量的主要是人工固氮,人工固氮的来源主要是氮肥和含氮炸药等等。
人类的生存离不开粮食,而随着人口的膨胀、粮食的生产,不仅要占用地球上大量的土地面积,更要提高单位面积产量,而化肥可以帮助人类完成这项工作。
磷发挥最大功能几乎完全在化肥中实现,这些农业地区的高磷水平是超越界限的主要来源,但是,这些化学肥料的使用效率并不高。每年从岩石矿床中开采的磷约有2000万吨,结果约有一半流入海洋——约为自然流入的8倍,造成那里水生物过量繁殖,形成死亡区。罗克斯特伦团队估计,在不会造成严重后果的情况下,我们每年总计可以开采1100万吨磷。

6.土地系统改变
诊断:超越界限
此次更新的土地制度变迁的范围涉及森林、草原、灌丛、苔原等等,包括土地系统、能源调节、气候水资源交换的地球物理过程。热带、温带和旱地陆地气候耦合作用发挥着更大的作用,我们更关注土地系统改变而引起的气候变化,以及生物群落发生的改变。
世界一半的热带雨林消失,曾经向野生动物开放的大片草原地区,如今为了放养牲畜而装上围栏。据罗克斯特伦说,农业的膨胀是生态服务系统损失背后的主要驱动者,也是加剧气候变化、损害淡水循环系统的威胁。同时,城市面积的扩大和覆盖人口数量的上升更占据了土地的大片资源。
目前,我们已经把约12%的无冻土地(约1600万平方公里)转变为耕地。未来几十年就可能达到界限。要避免超越界限,首先需要将农业集中在最富生产力的地区,同时控制它的广泛影响。

7.气候变化
诊断:超出界限
空气中二氧化碳控制变量值应该为350ppm到550ppm,在当前环境下,气候变化所造成的不稳定因素,对二氧化碳的影响在区域内缩小了,这就造成了全球变暖、持续增温,世界范围内极端天气增多,大气循环模式被迫改变,增加了干旱地区的面积。工业燃烧、空气污染,使得二氧化碳的浓度大幅度升高,同时,这些高浓度二氧化碳无法获得有效释放。
直接由二氧化碳引起的升温等级过程扩大了。海冰融化暴露了黑暗的海洋,因而使地球吸引了更多的太阳热量。较热的温度促进了蒸发,因而增加了大气中的水汽浓度——另一种潜在的温室气体。
罗克斯特伦曾说,这太难控制了。要保证极地大冰盖基本完好无损,并避免大规模洪水泛滥,将需要限制气温只升高2℃。要实现这个目标,广泛接受的做法是将二氧化碳浓度控制在450/百万,但是,如果缓慢的反馈是正确的,要实现那个目标,我们将不得不将二氧化碳浓度拉回到350/百万以下。
好消息是,我们可能还有时间,因为那些长期的反馈要完全起效还需要一段时间。

8.气溶胶
诊断:未知
在这篇文章中,重点对区域海洋大气环流气溶胶作为单独的研究对象,主要采用气溶胶光学厚度作为控制变量,以南亚季风作为研究案例。
研究背景是南亚的火山喷发事件,从喷发中排出的黑炭就像我们平时烧火做饭和取暖一样排放的污染物,里面还有化石燃料燃烧所产生的硫酸盐和硝酸盐。其实,我们在日常生产生活中燃烧的物质成分复杂、大小不均,一些较大的颗粒物可以被人体阻挡在外,而一些直径过小的颗粒物却可以被人吸进肺里,例如我们再熟悉不过的PM2.5。而这些东西吸入人的肺里将对人体健康产生很大的负面影响。
悬浮颗粒物对人体的危害不用细说,已经成为人尽皆知的常识性问题。同时,悬浮微粒以其它方式影响气候。举例来说,弥漫亚洲东部和南部的近乎永久棕色的薄雾是密切研究的主题,因为它既影响季风的时间安排,也影响季风的定位。悬浮微粒的损害可能非常大,但是它们高度变化的影响使罗克斯特伦团队无法估计一个安全极限的数字。
9.新物质的引进
诊断:未知
我们界定新物质是以一种新的物质形式存在的,不依靠生命形式,不必要地球物理和生物效应。化学成分本不是地球生命本体的组成部分,而是完全由人类创造出来的。化学品为人类的生产活动带来了更多的便捷,也为人类创造出了前所未有的东西,但随之而来的附属物却成为了地球污染的新来源,并且化学成分往往是环境无法自然消化的。
不仅是大自然,人类的生存与健康也受到化学污染品极大的影响。罗克斯特伦团队考虑的一个观点认为,孩子的自闭症和多动症可能是因为他们广泛接触的环境中就含有这些超标的化学成分,形成他们所说的“可能是在全球范围内的孩子中流行的神经发育障碍沉默流行病。”
对于这些新物质的污染如何分级,对环境破坏程度应该如何界定,还需要科学家们进一步考量。
到目前为止,地球对我们一直很宽容。我们在过去一万年内取得的成就,都发生在一个非同寻常的时期,在这个时期,地球的自然监管体系在狭窄而安静的界限内维持着从天气到淡水供应的所有一切。
我们现在处于一个新纪元——人类纪,受到人类控制的维持地球环境的关键系统定义。我们自认已经掌控了地球,但是,这种鲁莽的愿望,或许让我们忘了维护地球生命维持系统的重要性。■