是否存在这样一种可能性，即人类的干预——气温上升、大规模土地利用变化、生物多样性丧失等等——可能会将整个世界“推入”一种新的气候状态？如果真是这样，这是否会改变我们应该采取的行动？
早在 2008 年，美国国家航空航天局 (NASA) 的詹姆斯·汉森就认为，我们在北极夏季海冰方面已经越过了“临界点”。海冰覆盖的减少已经超过了一个临界阈值，从那时起，海冰水平将急剧下降至零，几乎没有恢复的希望。其他专家现在表示，近年来已经证实了这一特殊的断崖式下降，2012 年 9 月的最低纪录——惊人的比 2007 年之前的纪录低 18%——很可能并非侥幸。
海冰代表着一个庞大的系统，但它通常被认为是足够自给自足的，可以遵循这样的临界点模式。然而，过去一年中开始越来越频繁地出现的问题是，这种相变（即一个系统以非线性方式快速地从一种状态转变为另一种状态，且在对人类有意义的时间尺度内无法恢复）是否有可能在全球范围内发生。
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“你正在把一个鸡蛋推向桌子的边缘，”加州大学伯克利分校的教授托尼·巴诺斯基说。他表示，起初，“不会发生什么大事。然后它会掉到边缘并摔碎。这个鸡蛋现在处于一种根本不同的状态，你无法让它回到原来的状态。”巴诺斯基是去年夏天发表在《自然》杂志上的一篇备受关注的论文[DL1] 的第一作者，该论文认为，地球的生物圈正接近“状态转变”——一个行星尺度的临界点，在这个临界点，看似不相关的系统会同时转变为“新常态”。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
关于灾难性温度变化的说法不太可能毫无争议地被接受。澳大利亚阿德莱德大学的巴里·布鲁克及其同事最近在《生态学与进化趋势》杂志上发表的一篇新论文认为，地球会表现出真正的临界点特征的观点没有真正的依据。布鲁克说，这种大规模转变发生的唯一方式是，世界各地的生态系统以基本相同的方式对人类的驱动力做出反应。一般来说，需要“各大洲之间存在强大的联系，以便影响可以在整个地球上迅速扩散。”
他说，这种联系不太可能存在。海洋和山脉将不同的生态系统彼此隔开，特定区域的反应很可能受到当地环境的强烈影响。例如，在亚马逊燃烧树木会增加大气中的二氧化碳，并有助于提高全球气温，但马来西亚类似雨林的命运可能更多地取决于当地的情况，而不是亚马逊森林砍伐的全球影响。布鲁克及其同事研究了陆地生态系统变化的四个主要驱动因素：气候变化、土地利用变化、栖息地破碎化和生物多样性丧失；他们发现，真正全球性的非线性反应基本上不会发生。相反，全球尺度的转变很可能是平稳的。
“老实说，当其他人说行星临界转变是可能 [或] 很可能发生时，他们是在没有任何基础模型的情况下这样说的，”布鲁克说。“这只是猜测……。没有人发现与我们提出的相反的情况——他们只是提出了这个观点。”布鲁克的团队在他们的分析中得出结论，对全球驱动力（如气温升高）的当地反应的多样性意味着我们无法确定任何特定的不归路点。
英国埃克塞特大学的临界点专家蒂姆·伦顿表示，目前还没有全球转变的确凿证据，但他不排除这种可能性。“不清楚西伯利亚的变化如何导致加拿大或阿拉斯加发生同步变化，”他说，他指的是北纬地区永久冻土融化的一个常见气候反馈回路。“这似乎不太可能。更可能的是，北极的不同地区将同时达到融化阈值，仅仅是因为它们正在达到相同类型的温度。”这是一个微妙的区别：我们看到的是多个系统作为一个整体发生临界转变，还仅仅是碰巧有不相关的系统在相似的时间点从悬崖上掉下来而形成的混合体？
伦顿表示，北极夏季无冰可能会启动级联效应——例如，附近陆地的气温升高，最终渗入永久冻土并导致快速融化。永久冻土释放的碳反过来可能会引发进一步的变暖，并可能使另一个不相关的系统发生临界转变，等等。“这有点像排列好一些多米诺骨牌，”他说。“我还不确定未来气候变化是否会出现这种情况，但值得考虑。”
这种多米诺骨牌效应最终看起来更像是“平稳”的反应，而不是非线性的反应，但美国宇航局的汉森表示，这并不意味着我们应该忽视它。“大多数临界点都被‘平滑’了，但这并不会降低它们的重要性，”他说。即使北极海冰在越过不归路点时也显示出平滑的反应。“一旦你过了某个点，只需要稍微增加一点驱动力就可以失去所有海冰。”他赞同伦顿关于多米诺骨牌和非常重要的次全球系统的观点：“如果夏季没有海冰，很难想象格陵兰冰盖如何生存。”换句话说，融化的海冰可能会导致海平面大幅上升，这要归功于一个据称不相关的系统。
此外，这种非关联性不一定是一个既定事实。巴诺斯基认为，世界各地的系统并非紧密相连的基本假设不再成立。“过去孤立的地球部分现在实际上非常相连，而我们就是连接者，”他说。此外，他所在团队的论文主要基于与行星历史的比较来证明全球临界点的可能性：地球过去曾表现出快速的相变，而我们现在正在将这些类型的变化推向高潮。例如，从上一个冰期到目前间冰期的转变（发生在短短几千年内，大约在 11,000 年前结束），其特点是土地利用发生了突变：在几千年的时间里，大约 30% 的陆地表面从被冰覆盖变为无冰。而在短短几百年里，人类已经将世界上大约 43% 的土地转变为农业或城市景观。
这种快速变化是否预示着新的全球转变，在某种程度上是一个深奥的学术问题。答案取决于世界是否真的可以遵循依赖于“分岔理论”的临界点的经典数学定义。该理论认为，一个系统遵循平滑的曲线，直到达到某个阈值——鸡蛋以类似的速度滚动，直到撞到桌子的边缘——此时，它会跳到一种新的状态，而外部压力没有明显变化。重要的是，一旦发生这种跳跃，就基本上无法回头；你无法让鸡蛋“恢复原状”。
而数学辩论的根本是一个效用的问题：真正的行星尺度临界点的存在是否会改变我们应该如何应对从能源到土地利用的环境挑战？
更准确的描述不仅能让我们为快速的气候变化做好准备，还可能帮助我们预测它。马滕·舍费尔是荷兰瓦赫宁根大学的教授，他已经对我们如何看到临界点来临做了大量研究。他说，在较小的尺度上，一个系统可能会在跳到不可逆转的新状态之前表现出“临界减速”——从扰动中恢复的能力减慢。舍费尔在为临界点辩护时说，过去全球尺度上的快速气候变化似乎也表现出类似的效果。
如果我们同意临界点的存在，也许我们甚至可以尝试阻止它。随着世界似乎越来越接近解决气候变化问题，确定最有效的减缓措施的具体目标变得越来越重要。在最近的国情咨文演讲中，美国总统巴拉克·奥巴马呼吁采取单方面行动来解决与全球变暖相关的排放问题；如果我们能够找到临界点阈值，这是否应该成为我们调整此类行动的理由，以反映快速全球尺度变化的可能性？
“如果其中一个临界点是合理的（我认为确实如此），那么采取行动减缓所有这些个别压力因素就更加紧迫了，”加州大学伯克利分校的巴诺斯基说，“因为结果可能会比我们有时间做出反应的更令人惊讶和更具破坏性……。我宁愿在预防方面犯错，而不是忽视临界点的可能性，然后在它们发生时感到不悦。”