人類世造就“熱室地球”

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，受不了主講人反復強調地球正處于全新世（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營力；全新世已經(jīng)結束，當今的地球已進入一個人類主導的新的地球地質時代—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，保守估計至少應該有數(shù)萬年。

按照克魯岑的說法，除非發(fā)生全球巨災，例如小行星撞擊、世界大戰(zhàn)以及全球性瘟疫等，徹底改變全球的演變歷程，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，科學家和工程師們任務艱巨，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》，來自英國地質調查局的科林·沃特斯等人依據(jù)大量數(shù)據(jù)，提出人類世應該被認作是一個新的地質時間單位，其開始的時間應該為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、土壤結構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。

大規(guī)模熱帶雨林的存在，能夠調整濕度和降水分布，即使系統(tǒng)短暫脫離平衡，也可以通過自身的調整恢復過來，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，這種機制會慢慢變弱，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，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。

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，調控著進入地球系統(tǒng)的能量，然而如果增溫導致浮冰融化消失，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)，永久凍土層內封存有大量甲烷和二氧化碳，甲烷所產(chǎn)生的溫室效應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。

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，然而這個關系并不穩(wěn)固，隨著溫度的增加，過高的葉面溫度會導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，從而導致植被退化，從針葉林轉變?yōu)楦珊档牟菰@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。

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)的關鍵的臨界點必然會被一一觸發(fā)，最終導致“熱室地球”的悲慘命運。因此，應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。