科学家在一项新的研究中警告说，人类活动正在将地球变成一个可能不再能充分支持我们已建立的社会的世界。该研究绘制了我们是否以及超出了九个“地球边界”多少。
该分析建立在 2009 年发表的一篇论文的基础上，该论文首次概述了九个地球约束，这些约束使地球环境与前工业时代全新世时期人类所居住的世界相似。这个时期持续了大约过去 10,000 年，直到工业革命开始，人类开始大量燃烧化石燃料，并将捕获热量的温室气体排放到大气中。在周三发表在《科学进展》杂志上的这项新研究中，研究人员对偏离人类基线可能造成的潜在后果发出了警报。
哥本哈根大学地球系统科学家凯瑟琳·理查森领导了这项新研究，她说：“这就像血压一样。 “如果你的血压超过 120/80，这并不能保证你一定会心脏病发作，但它确实会增加风险，因此我们会尽一切努力降低血压。”
这项新研究标志着自 2009 年论文以来的第二次更新，也是科学家首次为每个边界纳入数值指南——这是一个非常重要的进展。“这篇论文的新颖之处在于：这是首次对所有九个边界进行了量化，”荷兰乌得勒支大学的环境社会科学家拉克·金说，他没有参与这项新研究。
自最初提出以来，地球边界模型因展示各种相互关联的因素（不仅仅是单独的气候变化）而受到赞扬，这些因素影响着地球的宜居性。当然，框架中包含了二氧化碳水平，但也包括生物多样性丧失、化学污染、土地和淡水利用的变化以及关键元素氮和磷的存在。这些边界都不是孤立存在的；例如，土地利用变化会影响生物多样性，二氧化碳会影响海洋酸化等其他关联。
“很容易想到：有八个、九个边界——但我认为向人们解释这些事物如何相互作用是一个挑战，”斯德哥尔摩大学和瑞典皇家科学院贝耶生态经济研究所的联合倡议斯德哥尔摩应变中心政治科学家维克多·加拉兹说，他专注于气候治理，并未参与这项新研究。“你拉动一端，实际上你会影响到其他东西。而且我认为人们并没有真正理解这一点。”
尽管九个总体因素本身与 2009 年论文中首次确定的因素相同，但项目研究人员对其中一些边界的细节进行了微调。“最新迭代在充实更多数据方面做得非常好——而且，在定量方面也做得越来越好，我们相对于这些边界所处的位置，”非营利组织“Project Drawdown”的执行董事乔纳森·福利说，该组织制定了气候解决方案的路线图。福利是 2009 年原始论文的合著者，但未参与这项新研究。
尽管如此，总体结论与近 15 年前仍然相同。“这非常令人震惊：我们生活在一个与任何人类以前见过的星球都不一样的星球上，”福利说。（人类也在努力实现联合国 17 项可持续发展目标，这些目标旨在共同应对环境和社会挑战，例如饥饿和性别不平等。）
新研究对九个边界的评估如下。
最令人担忧的评估之一是磷和氮的流动，它们都被广泛用作农作物肥料，并自由地流入生态系统，造成严重破坏，例如，引发危险的藻类大量繁殖。研究人员发现，人类向环境中释放的含有这些元素的化学物质远远超过了科学家计算出的边界限制。
另一个明显被违反的边界是气候变化，研究人员从两个方面对其进行了评估。首先，他们考虑了大气中二氧化碳的浓度，现在为百万分之 417 (ppm)，而科学家此前估计工业革命前仅为百万分之 280。他们确定安全边界限制为百万分之 350，该限制于 1987 年被突破。科学家们还考虑了辐射强迫，这是一种衡量来自太阳的能量到达地球与地球损失的热能之间平衡的指标。该团队发现，在这两个方面，我们目前都在超出建议的地球边界之外运作。
但这项研究的关键信息之一是，尽管气候变化主导着关于地球未来的对话，但生物世界的完整性与气候一样重要。“每个星球都有气候，天哪——这没什么特别的，”理查森说。“特别之处在于拥有生命。”
理查森和她的同事从两个方面评估了生物圈的完整性：遗传多样性和他们所说的“功能完整性”。对于前者，他们以灭绝率为近似值，并保守估计当前的灭绝率约为背景率的 100 倍。当前分析中新考虑的一个因素是地球周围“初级生产”（意味着光合作用）的总水平，作为生态系统功能完整性的估计。该团队确定，在整个全新世时期，初级生产相对恒定。研究人员估计，今天，人类已经为了自己的目的而占用了大约 30% 的初级生产——实际上是通过我们收获和食用的食物。在工业革命之前，这一比例仅为 2%。
第四个边界“新型实体”代表了充斥现代生活的人造化学物质——例如塑料、二氯二苯基三氯乙烷 (DDT)（它危险地稀释了鹰等鸟类的蛋壳）以及全氟烷基和多氟烷基物质 (PFAS)（科学家们意识到“永久性化学物质”几乎无处不在）。科学家们首次量化了这个边界，他们将其定义为仅向环境中释放经过安全测试的化学物质。理查森指出，目前的情况远远超出了这个限制：仅在欧盟，大约 80% 的人造化学品在未经测试的情况下已被使用了十多年。
另一个被超越的边界涉及土地利用。具体来说，研究人员量化了森林损失，发现仅剩下 60% 的曾经是森林的土地仍然是森林。他们说，75% 是安全的边缘，因为森林在调节我们的气候并使其对人类友好方面发挥着作用。
自先前版本的分析以来，被跨越的边界是淡水使用，这一类别现在反映了研究人员处理该边界的方式的变化。早期的分析仅着眼于科学家所说的“蓝水”，其中包括地表水和地下水。在新评估中，该团队还考虑了“绿水”，它不会进入含水层，但植物仍然可以获取。理查森说，这是一个重要的区别。“我认为改变指标是正确的，而我们现在选择的指标表明我们正处于错误的一边，”她说。“我会诚实地说，如果我们使用旧指标，那么我们仍然不会跨越它。”
最后三个类别代表了人类尚未超出研究人员定义的地球边界的领域：海洋酸化、大气气溶胶负荷和臭氧消耗。只有最后一个类别朝着正确的方向发展，这要归功于罕见的《蒙特利尔议定书》的成功，这是一项国际协议。根据该协议，各国减少了消耗臭氧层化学物质的使用，使高层大气中具有保护作用的臭氧层得以恢复。
自从最初提出地球边界以来，研究人员不仅对这些指标的细节进行了辩论，而且还对整个系统的优点进行了辩论。对于理查森来说，地球边界是一种轻松理解人类从地球索取多少的方式。“我认为它非常积极，因为它有点像银行账户，了解我们与地球的关系就是力量，它使我们有可能发展可持续的社会，”她说。“社会需要这样的东西。”
其他人说，虽然更好地了解当前情况有所帮助，但地球边界系统并未解决我们必须应对的惯性和复杂性，才能将我们自己拉回到地球的限制之内。“从政策的角度来看，”加拉兹说，“我们不需要更多信息来采取行动。”
福利说，他的重点也转向了行动。尽管他的组织的努力为应对气候变化这一边界制定了路线图，但他表示其他边界也需要类似的工作。“从地球边界转向地球解决方案是我认为真正令人兴奋的下一步，”福利说。“我们科学家非常擅长描述问题，但我们必须更好地构建解决方案，并展示它们如何才能具有吸引力和实用性——不仅对那些关心环境的人，而且对所有人。”