人类对地球留下的永久性、不容置疑的印记

这个想法诞生于墨西哥，在2000年。这是保罗·克鲁岑的即兴之作，他是世界上最受尊敬的科学家之一。这位荷兰学者因主张全面原子战争将引发“核冬天”，对地球各地的植物和动物生命构成致命威胁而广为人知，并且他因研究另一项全球威胁——人类造成的地球臭氧层破坏而获得了诺贝尔奖。

在墨西哥，他正在听取专家讨论有关全新世（地质学家认为全新世始于11,700年前并延续至今的独特时期）期间全球环境变化的证据。他变得越来越沮丧，突然爆发道：“不！我们不再处于全新世。我们处于”——他停下来思考——“人类世！”

房间里一片寂静。这个词显然引起了共鸣。在会议的剩余时间里，它一次又一次地被提及。那一年，克鲁岑与尤金·斯托默（已故）合写了一篇文章，斯托默是一位研究微观藻类（称为硅藻）的专家，他早些年独立提出了“人类世”这个术语。两人在文章中说，证据很清楚：工业化的人类已经改变了地球大气和海洋的组成，并改变了景观和生物圈——包括硅藻种群。我们生活在一个新的、人类驱动的地球上，它与旧地球截然不同。在克鲁岑的声望和生动、有说服力的写作的推动下，这个概念在赞助墨西哥会议的国际地圈生物圈计划的数千名科学家中迅速传播。“人类世”开始出现在世界各地的科学论文中。

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但这真的是地质变化吗？这种变化如此深刻，以至于其信号被印刻在全球各地的地质地层中？人类真的能造成像11,700年前开始的全新世转型那样剧烈的变化吗？当时，覆盖地球大部分地区的广阔冰川正在退缩，融化了大量冰川，使全球海平面上升了120米？人类对我们脚下泥土的影响，是否与260万年前更新世开始时，冰河时代收紧其控制时一样重大？人类仅仅几个世纪的影响，真的可以与我们星球动荡的地质历史中的巨大转变相提并论吗？在地球的地质历史中，时间单位以百万年甚至数十亿年为单位来衡量。

这个想法以前也出现过。在19世纪和20世纪早期，意大利教士安东尼奥·斯托帕尼和美国博物学家约瑟夫·勒孔特等学者提出了诸如人类纪和精神纪之类的术语，但地质学家对此不屑一顾，甚至嗤之以鼻。人类活动——无论多么令人印象深刻——如何能与整个海洋和山脉的创造和破坏、大规模火山爆发以及外来陨石的巨大撞击等深刻变化相提并论呢？在这种尺度下，人类的行为显得短暂而虚幻。

还有另一个问题。诸如侏罗纪、白垩纪、更新世和全新世等地质术语不仅仅是标签。它们是正式名称，是复杂地质时间尺度的一部分，从根本上表征了地球在46亿年间如何演化、繁荣和挣扎。这些名称只有在国际地层委员会经过数十年的证据收集和讨论后才被接受。“世”和它们所属的“纪”具有特定的技术含义，地质学家对此非常重视。宣布一个新的时代将意味着科学家们相信人类正在改变地球演化的进程。

人类世没有经过任何通常的评估。克鲁岑虽然备受尊敬，但他是一位研究环境压力的的大气化学家，而不是一位岩层专家地质学家。然而，到2008年，伦敦地质学会地层委员会的成员意识到，这个术语越来越多地在文献中使用，就好像它是一个正式的时代。该学会决定必须正视这一趋势。

这个谨慎而保守的团体在伦敦伯灵顿府古老的世界理事会会议室会面，墙上挂满了庄严肃穆的肖像，查尔斯·达尔文等维多利亚时代的科学巨匠曾在这里走过。在这个极具传统的环境中，科学家们开始了对人类世的地质评估。也许令他们自己惊讶的是，他们中的大多数人同意“人类世”作为一个潜在的正式地质时间尺度单位“具有价值”，应该对其进行审查。同时担任国际地层委员会第四纪地层分委员会（该委员会对地质时间尺度具有权力）主席的地质学家菲利普·吉巴德提议成立一个工作组，该工作组自那时以来一直在探索这个问题。

为了立论，科学家必须证明人类的影响将留下清晰的印记，化石化在地层中，在数千万或数亿年后，遥远未来的地质学家可以很容易地识别出来。对地层的关注非常重要。对于地质学家来说，地质地层等同于地质时间。关键是“时岩”间隔——一层可以锤击、取样或挖掘（例如恐龙骨骼）的地层，它定义了一个新的历史进程。为了使人类世具有如此深刻的地质意义，并有可能被正式确定，它必须展示自己的时岩单元。是否有足够的证据通过审查？人们可以提出一个有力的论据。

岩石和“类矿物”

让我们从矿物开始，矿物是岩石的基本组成部分。例如，金属几乎总是以各种氧化物、碳酸盐和硅酸盐的形式结合在一起（少数例外，如黄金）。人类已经学会从这些化合物中分离出大量的金属。自二战以来，我们已经制造了超过5亿吨的铝，足以将整个美国都覆盖上厨房箔纸。当我们把数十亿个罐头、电器、香烟包装纸衬里和其他垃圾散落在地表和垃圾填埋场时，纯铝正在成为现代沉积层的一部分。

矿物形态的最后一次大爆发发生在约25亿年前，当时地球大气开始氧化。这一事件产生了大量的氧化物和氢氧化物，包括铁锈——顺便说一句，铁锈将地貌的颜色从灰色变成了红色。但是，人类现在通过合成许多矿物化合物，如碳化钨（工具和圆珠笔中常见）创造了另一次大爆发。也许最引人注目的发明是“类矿物”，如玻璃和塑料。二战前，塑料仅限于少数几种产品，如虫胶、电木和人造丝，但战后，塑料产量猛增至现在的年产量3亿吨左右——大致相当于人类的总体重。我们在塑料中发现的品质——耐用性和抗腐烂性——意味着它们在环境中持续存在多年。

地面塑料垃圾的特征已经足够强烈，但在海洋中，它在地质上的意义更加重大。由于许多海洋生物以塑料为食，因此当动物死亡时，大部分塑料最终会进入海底泥浆中——这是化石化的第一步。微塑料（如合成衣服上脱落的纤维）是我们肉眼看不到但更具渗透性的物质。即使在远离陆地的偏远海底，研究人员也在每平方米的泥浆中发现了数千根纤维。

人造岩石也随处可见。就体积而言，混凝土现在占据着至高无上的地位；迄今为止，我们已经制造了大约5000亿吨的混凝土。这大约相当于地球表面每平方米一公斤混凝土。混凝土构成了我们建筑物、道路和大坝的上层结构，破碎的碎片现在在我们城镇和城市下方的翻土中很常见。它已经成为人类世的标志性岩石，与人造砖和陶瓷一起。我们制造的大量岩石浸透了地壳的顶部，我们也在重新分配地壳的顶部，因为大型机器挖掘和耕犁土壤，以建造建筑物和种植食物。人类现在移动的沉积物比河流和风等自然力移动的沉积物还要多。

化学指纹

在过去的一个世纪左右，化石燃料的燃烧在很大程度上推动了铝、塑料和混凝土等新地层材料的加速生产和全球沉积。燃烧的副产品本身也数量巨大，它们也在世界各地的沉积物中留下了各种化学信号。自工业革命开始以来，大气中二氧化碳的上升速度大约是全新世开始时冰川退缩时的100倍。这些排放物被捕获并记录在气泡中，这些气泡被困在世界极地冰盖中一层又一层的冰雪中。

燃烧还会产生烟雾——未完全燃烧的微小惰性颗粒。它们在全球范围内落到地面，形成了一个地质上持久的烟雾信号。定义白垩纪和第三纪界限的陨石撞击引发的火灾在岩石中留下了类似的痕迹。来自燃烧的化石燃料的碳也明显富含轻碳12同位素 (¹²C)，植物和动物很容易吸收这种同位素。当这些生命形式死亡时，它们将被化石化，留下人类世的永久性¹²C标记。

广泛的农业正在投下自己的化学阴影。人类大约在10,000年前开始耕作，但直到1900年代初期，农民才开始大量施用氮肥，氮肥是通过一种称为哈伯-博世法的技术从空气中提取的，以及从地下挖出的磷肥。土壤、水和空气中的巨大扰动留下了清晰的化学特征。高纬度地区的湖泊受到这些化合物的污染，这些化合物被风从遥远的农业区吹来。农田的肥料径流流入溪流和河流，最终流入大海，过度刺激浮游生物的繁殖；当大量的藻华死亡和腐烂时，它们会形成“死亡区”，每年使数十万平方公里的海底生物窒息。遭受破坏的海洋生物学将在未来的地层中讲述它的故事，以化石的形式。

其他化学信号包括持久性有机污染物，如杀虫剂和有毒工业化学品，如二恶英，这些污染物现在污染了许多沉积物。其中一些可能会在地质时间尺度上持续存在，就像一些古代藻类产生的长链碳化合物一样，古生物学家现在使用这些化合物作为数千万年前气候的示踪剂。

每次核弹爆炸后在全球范围内传播的微小放射性粒子也是可以检测到的。除了作为战争的一部分投下的两颗此类炸弹外，从1940年代中期到1990年代后期，各个国家还在大气中引爆了500多颗试验炸弹。这些粒子落入土壤、极地冰和海底沉积物中，并被地表的动物和植物吸收。这个放射性层是最突兀的人类世特征之一。

化石转变

我们人类显然也在生物景观上留下了印记。特别是，我们这个物种——即使在几千年前，在地球生物群中也只是一个非常小的角色——现在已成为陆地和海洋中的主要捕食者。我们为了满足自身需求，大约占用了地球生物总产量的四分之一。因此，我们约占所有陆地脊椎动物质量的三分之一（仅基于体重），而我们为了成为我们的食物而设计的动物物种占了另外三分之二的大部分。野生动物被推向边缘，仅占5%或更少。在殖民地球如此多的陆地时，我们也全面改组了剩余的野生动物，有目的地或意外地在全球范围内运输动物和植物，使全球生物学同质化。我们还在杀死如此多的物种，以至于再过一两个世纪，地球的生物多样性可能会遭受与恐龙消失时一样灾难性的打击。这些转变将在遥远的未来以化石组合从一个转变为另一个的形式出现。

与此同时，人类已将“遗迹化石”（如恐龙的脚印和海虫的洞穴）的制造提升到了全新的水平。我们的矿井和钻孔深入地下数公里，如此之深以至于这些痕迹永久性地划伤了地球。地球表面已经改造过的城镇和城市景观也反映在地下地基、管道和地铁系统中。

永久性还是短暂性？

总而言之，我们人类已经留下了一个令人敬畏的新地质特征目录。这些影响会永久性地重新配置地球的地层和未来的历史，从而定义一个新的正式时代吗？或者，随着人类的消失，系统会恢复正常，将我们的建筑侵蚀成尘土，就像珀西·比希·雪莱的同名诗歌中强大的奥西曼德斯帝国的命运一样？现在还为时尚早。

幸运的是，四十亿年的地层给我们留下了一些教训。在地球地壳上升的地方，例如在不断增长的山脉上，地表结构确实会被侵蚀并作为沉积颗粒冲入遥远的海域。在地壳下沉的地方——例如在世界许多主要三角洲的下方——堆积的地层甚至可以保存看似短暂的痕迹，如树叶、树枝和脚印。因此，旧金山受到构造力的推动而隆起，似乎注定要被风化侵蚀。然而，正在下沉的新奥尔良、上海和阿姆斯特丹将留下大量复杂结构的痕迹，以及铝、塑料、陶瓷——以及镶有金属牙齿和人造髋关节的骨骼。当这些地层在数百万年后最终被构造力推高时，新形成的悬崖将揭示一个独特的人类世层。

化石的永久性以及我们行为的长期后果也在答案中起作用。结束白垩纪的陨石撞击是瞬时的；直接冲击波在几小时内就结束了。但它的影响重塑了数百万年的生物学，并且其反响至今仍在影响着我们。如果没有那颗陨石，我们现在可能就不会在这里；恐龙可能仍在统治地球。

人类的影响虽然迅速但并非那么突然，也可能以在我们消失很久之后仍能感受到的方式改变地球。许多趋势正在加速，而一些趋势——物种灭绝、气候变化和海平面上升——才刚刚处于早期阶段。无论化石燃料时代何时最终结束，其影响都只会缓慢减弱，历时数千年。（而人类文明是在环境稳定的全新世中发展起来的，将不得不适应一个不稳定、不断变化的星球，持续许多代人。）

我们也可能在另一方面发挥长期影响。与陨石撞击或冰川退缩相比，人类是一种复杂得多、变化多端的行星力量。我们非凡的地质力量是由我们的智慧、我们的操控能力以及我们传递新知识的超社会互动驱动的。这些特性使我们能够发展出维持我们生存的技术，而技术本身也在以惊人的速度发展，真正地逐年发展。

正如杜克大学荣誉退休教授彼得·哈夫所称，这种新兴的技术圈可以被认为是生物圈的延伸。它有自己的动力，我们对其只有部分控制权。它包括硅基智能可能很快会与我们自己的智能竞争的可能性。在所有将决定地球地质未来的持续全球变化中，技术圈是一个未知数。它可能会产生修正后的人类世行星状态——但人类可能不再掌握主导权。目前，科学家只能决定如何描述现在。一个正在被人类迅速、深刻和永久性改造的地球是否应该在一个新的地质时间尺度时代中得到正式承认？

对于将做出决定的地质学家来说，结论尚未最终确定。需要做出重要的决定。例如，人类世会在何时开始？建议的范围从数千年前（当时人类的影响首次变得明显）到遥远的未来（一旦我们的影响得到充分表达）。出于实际目的，最合适的界限似乎是20世纪中期开始的人口、能源使用和工业化的非凡“大加速”。此后，地层以混凝土、塑料、钚和改造后生物学的遗骸数量大幅增加为标志。

地质学家正在寻找合适的“金钉子”——一个精心选择的参考点，作为新时代的全球标记。格陵兰岛和南极洲的冰雪层、遥远的湖泊和峡湾的沉积层以及未受干扰的海底中的放射性核或碳颗粒是否会提供金钉子？或者可能是其他指标，例如保存在树木年轮和年度珊瑚生长带中的生物化学的明显变化？寻找正在进行中。