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人类对全球的影响规模正变得越来越明显：我们已经达到了一个物种灭绝率，可以与所有地质时代的重大灭绝事件相媲美，同时还面临着迅速酸化的海洋、日益减少的冰盖，甚至还有下沉的河流三角洲，科罗拉多大学博尔德分校的科学家们的一项新研究揭示了这一点。难怪一些地质学家和其他科学家将现代纪元称为人类世。现在，一个由 28 位科学家组成的国际小组初步尝试为地球设定一些具体的环境阈值。
斯德哥尔摩大学的约翰·罗克斯特伦及其同事在本周的《自然》杂志上提出了九个“行星边界”。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）从气候变化到化学污染，这些边界旨在为自然系统设定关于人类影响的阈值或安全限制。
罗克斯特伦说：“我们已经达到了可持续发展的行星阶段，我们正在全球地球系统规模上摆弄硬连接的进程。” “哪些地球系统过程决定了[行星]保持稳定状态的能力？”
该研究以全新世为期望的稳定状态，即自上次冰河时代以来人类文明蓬勃发展的 10,000 年，并试图确定可能将行星循环推过安全阈值的关键变量。
因此，例如，气候变化的关键变量是大气中的二氧化碳浓度及其随之而来的截留热量增加。目前，大气中的二氧化碳浓度已达到百万分之 387 以上 (ppm)，远高于工业化前的百万分之 280。因此，包括美国宇航局气候学家詹姆斯·汉森在内的科学家们确定的估计安全阈值为 350 ppm，或总升温每平方米一瓦特（目前升温约为每平方米 1.5 瓦特）。
明尼苏达大学环境研究所所长、作者之一的生态学家乔纳森·福利说：“我们开始非常粗略地量化我们认为这些阈值可能在哪里。所有这些都有很大的误差范围。” “我们不确切知道需要多少百万分比才能阻止气候变化，但我们认为它从大约 350 ppm 开始。”
除了气候变化边界之外，人类还已经突破了九个已确定边界中的另外两个安全阈值——生物多样性丧失和可用氮（这要归功于现代肥料）。而且，不幸的是，许多过程也会相互影响。福利补充说：“跨越一个阈值会使其他阈值更容易受到影响。” 例如，“在一个非常炎热的星球上，生物多样性[丧失]会加速。”
地球系统 阈值测量 边界 当前水平 工业化前
气候变化 二氧化碳浓度 350 ppm 387 ppm 280 ppm
生物多样性丧失 灭绝率 10 pm >100 pm* 0.1-1 ppm
氮循环 氮气吨位 35 兆吨** 121 兆吨 0
磷循环 海洋中的含量 11 兆吨 8.5-9.5 兆吨 –1 兆吨
臭氧层 臭氧浓度 276 DU# 283 DU 290 DU
海洋酸化 文石^^ 水平 2.75 2.90 3.44
淡水使用量 消耗量 4,000 立方公里^ 2,600 立方公里 415 立方公里
土地利用变化 耕地转换 15 立方公里 11.7 立方公里 低
气溶胶 烟尘浓度 待定 待定 待定
化学污染 待定 待定 待定 待定
*pm=百万分比
**mmt=百万公吨
#DU=多布森单位
^立方公里=立方公里
^^文石是碳酸钙的一种形式。测量单位为全球平均饱和状态。
在《自然气候变化报告》本周在线发表的相关评论中，一些科学家批评了设定的精确阈值，但他们称赞了这项努力。凯里生态系统研究所的生物地球化学家威廉·施莱辛格认为，磷肥的限制过于宽松，可能会让“有害的、缓慢而分散的退化几乎无限期地持续下去”。斯里兰卡国际水资源管理研究所研究副主任大卫·莫尔登指出，允许人类用水量（主要用于农业）从今天的 2600 立方公里扩大到未来的 4000 立方公里，将进一步加剧诸如亚洲干涸的咸海和包括美国科罗拉多河在内的七条不再流入海洋的主要河流等环境灾难的恶化。
牛津大学气候动力学小组的物理学家迈尔斯·艾伦说，二氧化碳的350 ppm 限值也“值得怀疑”，而专注于将累积排放量控制在 1 万亿公吨以下可能更有意义，这意味着人类已经用完了其总排放预算的一半以上。
而且，设定阈值的这些努力记录不一。例如，罗马俱乐部在 1972 年提出的“增长极限”论点未能实现，部分原因是这里列出的一些创新，例如工业农业中氮使用量的增加。福利说：“其中很大一部分是养活 67 亿人。” “我们正在走向 90 亿，他们将希望像发达国家的人们一样吃得更多，而且还有生物燃料的幽灵。这些边界看起来非常脆弱。”
然而，最重要的是，无论对地球的影响如何，就物质繁荣而言，人类的状况可能从未如此好过。问题是：“你如何继续改善人类的状况？” 福利问道。“我们如何才能维持一个能够达到 90 亿人口而又不破坏地球的世界？至少知道危险区域在哪里是迈出的非常重要的第一步。”
有理由抱有希望。人类以前曾跨越过这些阈值之一——由于排放破坏臭氧的化学物质导致平流层臭氧水平下降（“臭氧空洞”）——并通过国际合作和 1989 年的蒙特利尔议定书而退回。亚利桑那大学环境与社会研究所的环境科学家、新阈值作者之一的戴安娜·利弗曼说：“我们确实设法将自己从臭氧边界移开，并在区域层面为保护生物多样性；减少农业污染、气溶胶和水需求；以及减缓土地转换做出了认真的努力。” “这为我们提供了希望，如果我们选择这样做，我们就可以管理我们对地球的影响。”