地球九大“軟肋”

弗雷德·皮爾斯 (《新科學家》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？環境污染、物種滅絕、死亡海域等問題的嚴重性已經達到什么程度？

一個由各學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家詹姆斯·漢森等28位環境科學和地球系統科學專家。

他們發現，由于人類活動，地球正面臨9大危機。通過分析大量數據，他們極盡全力為地球設定所能承受的這9大危機的安全界限。他們警告說，超越極限將導致不可逆轉的環境變化，進而使地球變得不再適宜居住。那么，這9大危機的現狀如何？是否已經達到無法挽回的地步？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。

工業時代前期水平：3.44∶1。

目前水平：2.90∶1。

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

當大氣中的二氧化碳含量增多時，海洋吸收的二氧化碳相應增加。這些二氧化碳溶解在海水中，形成碳酸。從工業時代開始至今，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成威脅，不過它已經對海洋的一些化學結構造成嚴重影響。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，海洋中用碳酸鈣構建外殼的生物就遭殃了。比如，珊瑚。當海洋中碳酸鈣含量低于臨界值時，珊瑚的碳酸鈣外殼會溶解在海水中。

目前，全球海洋的平均碳酸鈣飽和度已經從工業時代前期的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。據近期的統計數字估計，北冰洋等部分海域的碳酸鈣飽和度可能降至1∶1。屆時，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個多布森單位。

目前水平：283個多布森單位。

科學診斷：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、標準海平面壓力下，10-5米厚的臭氧層定義為1個多布森單位。當臭氧層厚度低于220個多布森單位時，臭氧層便出現空洞。20世紀70年代，南極上空的臭氧層空洞向人類發出警告。世界各國迅速采取行動彌補臭氧層空洞。隨著導致臭氧層空洞的化學物質的禁用，臭氧層已經渡過了難關。

然而，噩夢還未完全結束。其中一個擔憂是全球氣候變暖帶來的影響。當全球氣候變暖后，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物質把臭氧層“鑿開”一個空洞。

克魯岑曾因揭示臭氧化學現象而榮獲諾貝爾化學獎。他建議，臭氧層的平均厚度不得低于276個多布森單位。隨著吞噬臭氧的化學物質的濃度不斷下降，我們有信心將臭氧層厚度維持在安全界限內。

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。

科學診斷：到21世紀中期接近安全界限。

人類操控世界上的多條河流。因為修筑大壩，許多條河流終結了生命。人類行為已經導致許多濕地干涸。

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、農業灌溉缺水以及全球氣候變化。50年來，中亞地區河流上的大壩已使咸海干涸。沒有了咸海對氣候的調節作用，整個中亞地區夏季更加炎熱，冬季更加寒冷，土地一年四季面臨干旱。

因為河流干涸，人們不得不抽取寶貴的地下水。一些人還在毀滅森林，破壞自然界的水循環。比如，亞馬孫熱帶雨林的減少，將降低南美洲熱帶地區水的蒸發速度，有可能改變包括亞洲季風在內的北半球氣候模式。

身為水利學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。這個消耗量大致相當于世界三分之一的河流徑流量，不包括雨林中和北極地區尚未開發的河流。我們離抵達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，水資源只會越來越匱乏。為此，我們必須節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。

科學診斷：遠遠超過安全界限。

人類的多種生產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田或者鋪路，引進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，以及改變全球氣候等等。盡管每個物種都是獨立個體，但是對于地球這個大的生態系統而言，每個物種都有自身的價值。所以，物種的滅絕將破壞地球一系列生態系統，諸如回收廢物、清潔污水、保持海洋化學結構。

生物多樣性是健康生態系統的重要指標。目前，我們還不能確定究竟要損失多少物種、哪些物種，才會導致生態系統崩潰。當然，我們也不希望這一天到來。據統計，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歷的大規模滅絕事件，包括恐龍滅絕。

為了避免重現歷史悲劇，研究小組把安全界限設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境。

氮循環失衡

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。

科學診斷：遠遠超過安全界限。

氮是構成生命的基本元素。然而，地球庫存的氮氣不能被生物直接吸收，需要通過固氮作用成為氨，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，地球上的氮循環才能得以維持。

不過，人類的種植行為干預了氮循環。為了增加土壤中可吸收的氮，德國化學家弗里茨·哈勃于20世紀初發明了工業固氮方法，從大氣中制取氮肥，從而改變了自然界原來的氮循環。如今，采用這種方法每年能從大氣中固氮8000萬噸，并將固態氮撒播到世界各地的農田里。此外，燃燒化石燃料、木材和農作物等方法也能固氮。目前每年人工固氮量達1.21億噸，遠遠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，導致多處水域富營養化。富營養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。這是一項艱難的任務。

田地匱乏

安全界限：≤15%的無結冰土地被用于農業種植。

目前水平：12%的無結冰土地被用于農業種植。

科學診斷：21世紀中期將達到安全界限。

農業的拓展速度繼續加快，人們已經開始征用熱帶雨林作為農業用地。目前，世界上過半的熱帶雨林已經消失。草原原本是野生動物活動的天堂，現在卻被人類圈養的牲畜占據。羅克斯特羅姆分析認為，農業擴張使地球生態系統喪失服務功能，加劇氣候變化，并改變淡水循環。

目前，人們已經把大約12%的無結冰土地轉變為農田，共計大約1600萬平方公里。羅克斯特羅姆把土地利用的安全界限設定在全球15%無結冰土地轉變為農田。不過，他坦言，更為關鍵的是我們不僅要限制農田數量，更要講究如何使用農田。為了避免超過安全界限，我們應該提高農業種植率，充分發揮高產土地的價值。

氣候變暖

安全界限：大氣中的二氧化碳濃度≤350×10-6。

工業革命前期水平：280×10-6。

目前水平：387×10-6。

科學診斷：已經超過安全界限。

全球氣候變暖是近年來討論最多的話題。大量歷史證據顯示，大氣中不斷增多的二氧化碳溫暖了地球。我們燃燒化石燃料，使得大氣中的二氧化碳含量從工業化前期的280×10-6飆升到目前的387×10-6。研究小組則把安全界限設定為350×10-6。事實上，早在20年前，大氣中的二氧化碳含量就已經超過了安全界限。

那么，既然已經超過了，為什么還要將350×10-6作為安全界限呢？如果這個安全界限屬實的話，為什么在超過之后，我們仍然健在。研究小組給出的答案是，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難。我們之所以現在還健在，是因為這個雪球還在壯大中。

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作用所增強。海冰消融后暴露出深色海洋，這意味著地球將吸收更多的太陽熱量。溫度越高，水蒸發越快，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。這些反饋作用帶來的負面效應正是研究人員最為擔心的。他們警戒世人，由二氧化碳造成氣溫上升1攝氏度，會通過反饋作用最終使氣溫升高約3攝氏度。

另外，地球升溫可能帶來更惡劣的影響。一些氣候學家強調還有其他緩慢的反饋作用。例如，暖和的大氣最終會打破二氧化碳和甲烷固有的穩定狀態。據此推理，假如二氧化碳造成氣溫上升1攝氏度，則最終的結果是氣溫升高6攝氏度。

這實在是一件棘手的事情。不過，值得慶幸的是，我們還有補救的時間，因為那些緩慢的反饋作用可能需要花費一定時間。但是，這個補救的時間并不長。我們一定要牢牢把握住。

氣溶膠“超載”

安全界限：尚未認定。

科學診斷：未知。

人類活動攪亂了地球的生態平衡，在燃燒煤炭、糞肥、森林和廢棄農作物時產生灰塵，使得大氣中的煙塵、硫酸和其他微粒含量增加。自工業革命以來，地球上的氣溶膠濃度已經增加了兩倍以上。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，目前尚未明朗。氣溶膠還在其他方面影響氣候。例如，橫貫南亞和東亞上空的幾乎永恒不散的褐色煙霾是一個迫切需要研究的課題。因為科學家發現，它可能影響季風到來的時間和地點。同時，氣溶膠落在農田上，減少農作物產量，而且還會導致數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字界定安全界限。

化學污染

安全界限：尚未認定。

科學診斷：未知。

目前，地球上人造的化學物質接近10萬種。我們用這些人造的化學物質生產上百萬種產品。在生產的同時，我們又會得到一些額外的副產品。界定化學物質的安全界限意義重大。但是，如何界定還是個難題。

人們對化學物質的主要擔憂源自它們對人體和野生動物健康的影響。其中人們最為關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污染物以及放射性化合物。

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

根據以上診斷結果，我們不難看出，地球目前的狀態不佳。其中，全球氣候變暖、物種滅絕和氮循環失衡等危機最為嚴重，已經超出了安全界限。另外，淡水枯竭和田地匱乏等危機正逼近臨界值，而不斷酸化的海洋上空也籠罩著陰霾。剩余3個危機中的2個我們尚未獲得科學的診斷方法，也就無法為其設定安全界限。

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