地球九大“軟肋”

弗雷德·皮爾斯 (《新科學(xué)家》記者 摘自西班牙《萬象》雜志)

地球九大“軟肋”

弗雷德·皮爾斯 (《新科學(xué)家》記者 摘自西班牙《萬象》雜志)

將近70億人口的需求讓地球幾近崩潰。除了氣候變化，我們是否了解其他威脅？環(huán)境污染、物種滅絕、死亡海域等問題的嚴(yán)重性已經(jīng)達(dá)到什么程度？

一個(gè)由各學(xué)科專家組成的研究小組為地球做了一次“全身”檢查。研究小組的成員包括瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究所所長喬恩·羅克斯特羅姆、德國波茨坦氣候影響研究所保羅·克魯岑、美國國家航空航天局氣候科學(xué)家詹姆斯·漢森等28位環(huán)境科學(xué)和地球系統(tǒng)科學(xué)專家。

他們發(fā)現(xiàn)，由于人類活動(dòng)，地球正面臨9大危機(jī)。通過分析大量數(shù)據(jù)，他們極盡全力為地球設(shè)定所能承受的這9大危機(jī)的安全界限。他們警告說，超越極限將導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境變化，進(jìn)而使地球變得不再適宜居住。那么，這9大危機(jī)的現(xiàn)狀如何？是否已經(jīng)達(dá)到無法挽回的地步？我們接下來一一診斷。

海洋酸化

安全界限：全球海洋的平均碳酸鈣飽和度≥2.75∶1。

工業(yè)時(shí)代前期水平：3.44∶1。

目前水平：2.90∶1。

科學(xué)診斷：目前在安全界限內(nèi)。不過，部分海洋的碳酸鈣飽和度到21世紀(jì)中期將超過臨界值。

當(dāng)大氣中的二氧化碳含量增多時(shí)，海洋吸收的二氧化碳相應(yīng)增加。這些二氧化碳溶解在海水中，形成碳酸。從工業(yè)時(shí)代開始至今，海洋表層海水的pH(酸堿度)從8.16下降到8.05，氫離子的濃度增加了30%。

目前，海洋酸化尚未對人類構(gòu)成威脅，不過它已經(jīng)對海洋的一些化學(xué)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響。其中，最重要的影響是它降低了溶解在表層海水中的碳酸鈣含量。如果海洋中的碳酸鈣含量過低，海洋中用碳酸鈣構(gòu)建外殼的生物就遭殃了。比如，珊瑚。當(dāng)海洋中碳酸鈣含量低于臨界值時(shí)，珊瑚的碳酸鈣外殼會(huì)溶解在海水中。

目前，全球海洋的平均碳酸鈣飽和度已經(jīng)從工業(yè)時(shí)代前期的3.44∶1下降到2.90∶1。而碳酸鈣含量在不同海域中存在極大差異。據(jù)近期的統(tǒng)計(jì)數(shù)字估計(jì)，北冰洋等部分海域的碳酸鈣飽和度可能降至1∶1。屆時(shí)，珊瑚等海洋中的一些物種將在酸性海水中滅亡。假如海洋生物越來越少，那么，海洋吸收二氧化碳的能力就會(huì)下降，這將加劇全球氣候變暖。

臭氧層空洞

安全界限：臭氧層平均厚度≥276個(gè)多布森單位。

目前水平：283個(gè)多布森單位。

科學(xué)診斷：目前處于安全水平。

臭氧層厚度用“多布森單位”表示。零攝氏度、標(biāo)準(zhǔn)海平面壓力下，10-5米厚的臭氧層定義為1個(gè)多布森單位。當(dāng)臭氧層厚度低于220個(gè)多布森單位時(shí)，臭氧層便出現(xiàn)空洞。20世紀(jì)70年代，南極上空的臭氧層空洞向人類發(fā)出警告。世界各國迅速采取行動(dòng)彌補(bǔ)臭氧層空洞。隨著導(dǎo)致臭氧層空洞的化學(xué)物質(zhì)的禁用，臭氧層已經(jīng)渡過了難關(guān)。

然而，噩夢還未完全結(jié)束。其中一個(gè)擔(dān)憂是全球氣候變暖帶來的影響。當(dāng)全球氣候變暖后，更多的熱量聚集在地表，致使臭氧層更加寒冷，很有可能促使滯留在大氣層中的吞噬臭氧的化學(xué)物質(zhì)把臭氧層“鑿開”一個(gè)空洞。

克魯岑曾因揭示臭氧化學(xué)現(xiàn)象而榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他建議，臭氧層的平均厚度不得低于276個(gè)多布森單位。隨著吞噬臭氧的化學(xué)物質(zhì)的濃度不斷下降，我們有信心將臭氧層厚度維持在安全界限內(nèi)。

淡水枯竭

安全界限：每年消耗淡水≤4000立方千米。

目前水平：每年消耗淡水2600立方千米。

科學(xué)診斷：到21世紀(jì)中期接近安全界限。

人類操控世界上的多條河流。因?yàn)樾拗髩危S多條河流終結(jié)了生命。人類行為已經(jīng)導(dǎo)致許多濕地干涸。

另外，水資源的過度消耗還在威脅人類的生存。比如，飲用水短缺、農(nóng)業(yè)灌溉缺水以及全球氣候變化。50年來，中亞地區(qū)河流上的大壩已使咸海干涸。沒有了咸海對氣候的調(diào)節(jié)作用，整個(gè)中亞地區(qū)夏季更加炎熱，冬季更加寒冷，土地一年四季面臨干旱。

因?yàn)楹恿鞲珊裕藗儾坏貌怀槿氋F的地下水。一些人還在毀滅森林，破壞自然界的水循環(huán)。比如，亞馬孫熱帶雨林的減少，將降低南美洲熱帶地區(qū)水的蒸發(fā)速度，有可能改變包括亞洲季風(fēng)在內(nèi)的北半球氣候模式。

身為水利學(xué)家的羅克斯特羅姆把每年淡水消耗量的安全界限定在4000立方千米范圍內(nèi)。這個(gè)消耗量大致相當(dāng)于世界三分之一的河流徑流量，不包括雨林中和北極地區(qū)尚未開發(fā)的河流。我們離抵達(dá)上述安全極限還有一定距離。目前，每年淡水消耗量大約為2600立方千米。但是，我們不能掉以輕心，揮霍水資源。隨著人口的增加，水資源只會(huì)越來越匱乏。為此，我們必須節(jié)約地球上的每一滴水。

物種滅絕

安全界限：每年物種滅絕率≤百萬分之十。

目前水平：每年物種滅絕率至少百萬分之一百。

科學(xué)診斷：遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全界限。

人類的多種生產(chǎn)方式使地球上的許多物種滅絕。比如，在它們的棲息地上開墾農(nóng)田或者鋪路，引進(jìn)與本地物種無法共存的外來物種，用污染物毒殺它們，獵食它們，以及改變?nèi)驓夂虻鹊取１M管每個(gè)物種都是獨(dú)立個(gè)體，但是對于地球這個(gè)大的生態(tài)系統(tǒng)而言，每個(gè)物種都有自身的價(jià)值。所以，物種的滅絕將破壞地球一系列生態(tài)系統(tǒng)，諸如回收廢物、清潔污水、保持海洋化學(xué)結(jié)構(gòu)。

生物多樣性是健康生態(tài)系統(tǒng)的重要指標(biāo)。目前，我們還不能確定究竟要損失多少物種、哪些物種，才會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)崩潰。當(dāng)然，我們也不希望這一天到來。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前每年的生物滅絕率為百萬分之一百。這一滅絕率堪比地球歷史上經(jīng)歷的大規(guī)模滅絕事件，包括恐龍滅絕。

為了避免重現(xiàn)歷史悲劇，研究小組把安全界限設(shè)定為每年生物滅絕率低于百萬分之十。他們坦言，如果我們不控制物種的滅絕率，不給其他物種生存的空間，人類最終將把自己逼近險(xiǎn)境。

氮循環(huán)失衡

安全界限：每年固氮量≤3500萬噸。

目前水平：每年固氮量1.21億噸。

科學(xué)診斷：遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全界限。

氮是構(gòu)成生命的基本元素。然而，地球庫存的氮?dú)獠荒鼙簧镏苯游眨枰ㄟ^固氮作用成為氨，才能被生物吸收利用。自然界中存在一些固氮和脫氮的微生物。正是借助這些微生物，地球上的氮循環(huán)才能得以維持。

不過，人類的種植行為干預(yù)了氮循環(huán)。為了增加土壤中可吸收的氮，德國化學(xué)家弗里茨·哈勃于20世紀(jì)初發(fā)明了工業(yè)固氮方法，從大氣中制取氮肥，從而改變了自然界原來的氮循環(huán)。如今，采用這種方法每年能從大氣中固氮8000萬噸，并將固態(tài)氮撒播到世界各地的農(nóng)田里。此外，燃燒化石燃料、木材和農(nóng)作物等方法也能固氮。目前每年人工固氮量達(dá)1.21億噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了地球所能承受的范圍。

過量的氮正在酸化土壤，破壞許多物種。大量的氮注入周邊的湖泊和海洋，導(dǎo)致多處水域富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化的水域滋生了大量水生生物，這些生物的生存又耗盡了水域中的氧氣，致使許多水域成為一灘死水。

羅克斯特羅姆嘗試著把人為固氮的安全水平設(shè)定在每年3500萬噸，約占目前人工固氮總量的四分之一。這是一項(xiàng)艱難的任務(wù)。

田地匱乏

安全界限：≤15%的無結(jié)冰土地被用于農(nóng)業(yè)種植。

目前水平：12%的無結(jié)冰土地被用于農(nóng)業(yè)種植。

科學(xué)診斷：21世紀(jì)中期將達(dá)到安全界限。

農(nóng)業(yè)的拓展速度繼續(xù)加快，人們已經(jīng)開始征用熱帶雨林作為農(nóng)業(yè)用地。目前，世界上過半的熱帶雨林已經(jīng)消失。草原原本是野生動(dòng)物活動(dòng)的天堂，現(xiàn)在卻被人類圈養(yǎng)的牲畜占據(jù)。羅克斯特羅姆分析認(rèn)為，農(nóng)業(yè)擴(kuò)張使地球生態(tài)系統(tǒng)喪失服務(wù)功能，加劇氣候變化，并改變淡水循環(huán)。

目前，人們已經(jīng)把大約12%的無結(jié)冰土地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田，共計(jì)大約1600萬平方公里。羅克斯特羅姆把土地利用的安全界限設(shè)定在全球15%無結(jié)冰土地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田。不過，他坦言，更為關(guān)鍵的是我們不僅要限制農(nóng)田數(shù)量，更要講究如何使用農(nóng)田。為了避免超過安全界限，我們應(yīng)該提高農(nóng)業(yè)種植率，充分發(fā)揮高產(chǎn)土地的價(jià)值。

氣候變暖

安全界限：大氣中的二氧化碳濃度≤350×10-6。

工業(yè)革命前期水平：280×10-6。

目前水平：387×10-6。

科學(xué)診斷：已經(jīng)超過安全界限。

全球氣候變暖是近年來討論最多的話題。大量歷史證據(jù)顯示，大氣中不斷增多的二氧化碳溫暖了地球。我們?nèi)紵剂希沟么髿庵械亩趸己繌墓I(yè)化前期的280×10-6飆升到目前的387×10-6。研究小組則把安全界限設(shè)定為350×10-6。事實(shí)上，早在20年前，大氣中的二氧化碳含量就已經(jīng)超過了安全界限。

那么，既然已經(jīng)超過了，為什么還要將350×10-6作為安全界限呢？如果這個(gè)安全界限屬實(shí)的話，為什么在超過之后，我們?nèi)匀唤≡凇Ｑ芯啃〗M給出的答案是，過量二氧化碳帶來的影響不是瞬間的，而是長遠(yuǎn)的。它的影響就像滾雪球一樣，越積越多，直至給人類帶來毀滅性的災(zāi)難。我們之所以現(xiàn)在還健在，是因?yàn)檫@個(gè)雪球還在壯大中。

研究小組解釋說，由二氧化碳直接造成的每1攝氏度升溫都被其他反饋?zhàn)饔盟鰪?qiáng)。海冰消融后暴露出深色海洋，這意味著地球?qū)⑽崭嗟奶枱崃俊囟仍礁撸舭l(fā)越快，因此大氣中的水蒸氣含量增加，這是另一種潛在的大氣保溫氣體。這些反饋?zhàn)饔脦淼呢?fù)面效應(yīng)正是研究人員最為擔(dān)心的。他們警戒世人，由二氧化碳造成氣溫上升1攝氏度，會(huì)通過反饋?zhàn)饔米罱K使氣溫升高約3攝氏度。

另外，地球升溫可能帶來更惡劣的影響。一些氣候?qū)W家強(qiáng)調(diào)還有其他緩慢的反饋?zhàn)饔谩＠纾偷拇髿庾罱K會(huì)打破二氧化碳和甲烷固有的穩(wěn)定狀態(tài)。據(jù)此推理，假如二氧化碳造成氣溫上升1攝氏度，則最終的結(jié)果是氣溫升高6攝氏度。

這實(shí)在是一件棘手的事情。不過，值得慶幸的是，我們還有補(bǔ)救的時(shí)間，因?yàn)槟切┚徛姆答佔(zhàn)饔每赡苄枰ㄙM(fèi)一定時(shí)間。但是，這個(gè)補(bǔ)救的時(shí)間并不長。我們一定要牢牢把握住。

氣溶膠“超載”

安全界限：尚未認(rèn)定。

科學(xué)診斷：未知。

人類活動(dòng)攪亂了地球的生態(tài)平衡，在燃燒煤炭、糞肥、森林和廢棄農(nóng)作物時(shí)產(chǎn)生灰塵，使得大氣中的煙塵、硫酸和其他微粒含量增加。自工業(yè)革命以來，地球上的氣溶膠濃度已經(jīng)增加了兩倍以上。這些氣溶膠不僅影響氣候，還對人類健康構(gòu)成威脅。

但是，這些氣溶膠的影響多變。比如，一些硫酸鹽之類的氣溶膠反射陽光，造成大氣降溫；一些煙灰之類的氣溶膠吸收陽光和再輻射熱量，造成大氣升溫。地球如何平衡這些變數(shù)，目前尚未明朗。氣溶膠還在其他方面影響氣候。例如，橫貫?zāi)蟻喓蜄|亞上空的幾乎永恒不散的褐色煙霾是一個(gè)迫切需要研究的課題。因?yàn)榭茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，它可能影響季風(fēng)到來的時(shí)間和地點(diǎn)。同時(shí)，氣溶膠落在農(nóng)田上，減少農(nóng)作物產(chǎn)量，而且還會(huì)導(dǎo)致數(shù)百萬人死于肺病和心臟病。

氣溶膠造成的威脅是巨大的。不過，有關(guān)氣溶膠的許多未知因素使得羅克斯特羅姆研究小組無法用數(shù)字界定安全界限。

化學(xué)污染

安全界限：尚未認(rèn)定。

科學(xué)診斷：未知。

目前，地球上人造的化學(xué)物質(zhì)接近10萬種。我們用這些人造的化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)上百萬種產(chǎn)品。在生產(chǎn)的同時(shí)，我們又會(huì)得到一些額外的副產(chǎn)品。界定化學(xué)物質(zhì)的安全界限意義重大。但是，如何界定還是個(gè)難題。

人們對化學(xué)物質(zhì)的主要擔(dān)憂源自它們對人體和野生動(dòng)物健康的影響。其中人們最為關(guān)注的是那些諸如鉛之類的有毒重金屬、積累在人體組織中的有機(jī)污染物以及放射性化合物。

目前，有些有毒化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)得到控制。例如，雙對氯苯基三氯乙烷(DDT)、多氯聯(lián)苯(PCB)和二惡英。但是，其他大部分化學(xué)物質(zhì)的影響尚未得到評估。而且，一些溫和的化學(xué)物質(zhì)也可能組合起來產(chǎn)生大于其單獨(dú)使用時(shí)的毒性。羅克斯特羅姆研究小組猜測，孤獨(dú)癥和兒童多動(dòng)癥的誘因可能源自多種低濃度溫和化學(xué)物質(zhì)的共同作用。

根據(jù)以上診斷結(jié)果，我們不難看出，地球目前的狀態(tài)不佳。其中，全球氣候變暖、物種滅絕和氮循環(huán)失衡等危機(jī)最為嚴(yán)重，已經(jīng)超出了安全界限。另外，淡水枯竭和田地匱乏等危機(jī)正逼近臨界值，而不斷酸化的海洋上空也籠罩著陰霾。剩余3個(gè)危機(jī)中的2個(gè)我們尚未獲得科學(xué)的診斷方法，也就無法為其設(shè)定安全界限。

不過，這里有一條好消息。面對臭氧層空洞，人類積極補(bǔ)救，臭氧層空洞正在逐步愈合。人們拯救臭氧層的同時(shí)，也拯救了自己。這至少給人們一個(gè)信心，采取行動(dòng)是必要的，而且也能取得最終成功。看來，地球一直在眷顧人類，關(guān)鍵就看人類能否把握機(jī)會(huì)。