Earth faces nine crises

　　文/易家康

　　一个由各学科专家组成的研究小组为地球做了一次“全身”检查。研究小组的成员包括瑞典斯德哥尔摩环境研究所所长乔恩·罗克斯特罗姆、德国波茨坦气候影响研究所保罗·克鲁岑、美国国家航空航天局气候科学家詹姆斯·汉森等。

　　他们发现，由于人类活动，地球正面临9大危机。通过分析大量数据，他们极尽全力为地球设定所能承受的这9大危机的安全界限。那么，这9大危机的现状如何？是否已经达到无法挽回的地步？我们接下来一一诊断。

　　海洋酸化

　　安全界限：全球海洋的平均碳酸钙饱和度≥2.75∶1。

　　工业时代前期水平：3.44∶1。

　　目前水平：2.90∶1。

　　科学诊断：目前在安全界限内。不过，部分海洋的碳酸钙饱和度到21世纪中期将超过临界值。

　　当大气中的二氧化碳含量增多时，海洋吸收的二氧化碳相应增加。这些二氧化碳溶解在海水中，形成碳酸。从工业时代开始至今，海洋表层海水的pH(酸碱度)从8.16 下降到8.05。

　　目前，海洋酸化尚未对人类构成威胁，不过它已经对海洋的一些化学结构造成严重影响。其中，最重要的影响是它降低了溶解在表层海水中的碳酸钙含量。如果海洋中的碳酸钙含量过低，海洋中用碳酸钙构建外壳的生物就遭殃了。比如，珊瑚。当海洋中碳酸钙含量低于临界值时，珊瑚的碳酸钙外壳会溶解在海水中。

　　目前，全球海洋的平均碳酸钙饱和度已经从工业时代前期的3.44∶1下降到2.90∶1。而碳酸钙含量在不同海域中存在极大差异。据近期的统计数字估计，北冰洋等部分海域的碳酸钙饱和度可能降至1∶1。届时，珊瑚等海洋中的一些物种将在酸性海水中灭亡。此外，海洋吸收二氧化碳的能力降低，这将加剧全球气候变暖。

　　臭氧层空洞

　　安全界限：臭氧层平均厚度≥276个多布森单位。

　　目前水平：283个多布森单位。

　　科学诊断：目前处于安全水平。

　　臭氧层厚度用“多布森单位”表示。零摄氏度、标准海平面压力下，10-5米厚的臭氧层定义为1个多布森单位。当臭氧层厚度低于220个多布森单位时，臭氧层便出现空洞。20世纪70年代，南极上空的臭氧层空洞向人类发出警告。世界各国迅速采取行动弥补臭氧层空洞。随着导致臭氧层空洞的化学物质的禁用，臭氧层已经渡过了难关。

　　然而，噩梦还未完全结束。其中一个担忧是全球气候变暖带来的影响。当全球气候变暖后，更多的热量聚集在地表，致使臭氧层更加寒冷，很有可能促使滞留在大气层中的吞噬臭氧的化学物质把臭氧层“凿开”一个空洞。

　　克鲁岑曾因揭示臭氧化学现象而荣获诺贝尔化学奖。他建议，臭氧层的平均厚度不得低于276个多布森单位。随着吞噬臭氧的化学物质的浓度不断下降，我们有信心将臭氧层厚度维持在安全界限内。

　　淡水枯竭

　　安全界限：每年消耗淡水≤4000立方千米。

　　目前水平：每年消耗淡水2600立方千米。

　　科学诊断：到21世纪中期接近安全界限。

　　人类操控世界上的多条河流。因为修筑大坝，许多条河流终结了生命。人类行为已经导致许多湿地干涸。

　　另外，水资源的过度消耗还在威胁人类的生存。比如，饮用水短缺、农业灌溉缺水以及全球气候变化。50年来，中亚地区河流上的大坝已使咸海干涸。没有了咸海对气候的调节作用，整个中亚地区夏季更加炎热，冬季更加寒冷，土地一年四季面临干旱。

　　因为河流干涸，人们不得不抽取宝贵的地下水。一些人还在毁灭森林，破坏自然界的水循环。比如，亚马孙热带雨林的减少，将降低南美洲热带地区水的蒸发速度，有可能改变包括亚洲季风在内的北半球气候模式。

　　身为水利学家的罗克斯特罗姆把每年淡水消耗量的安全界限定在4000立方千米范围内。这个消耗量大致相当于世界三分之一的河流径流量，不包括雨林中和北极地区尚未开发的河流。我们离抵达上述安全极限还有一定距离。目前，每年淡水消耗量大约为2600立方千米。但是，我们不能掉以轻心，挥霍水资源。随着人口的增加，水资源只会越来越匮乏。为此，我们必须节约地球上的每一滴水。

　　物种灭绝

　　安全界限：每年物种灭绝率≤百万分之十。

　　目前水平：每年物种灭绝率至少百万分之一百。

　　科学诊断：远远超过安全界限。

　　人类的多种生产方式使地球上的许多物种灭绝。比如，在它们的栖息地上开垦农田或者铺路，引进与本地物种无法共存的外来物种，用污染物毒杀它们，猎食它们，以及改变全球气候，等等。尽管每个物种都是独立个体，但是对于地球这个大的生态系统而言，每个物种都有自身的价值。所以，物种的灭绝将破坏地球一系列生态系统，诸如回收废物、清洁污水、保持海洋化学结构。

　　生物多样性是健康生态系统的重要指标。目前，我们还不能确定究竟要损失多少物种、哪些物种，才会导致生态系统崩溃。当然，我们也不希望这一天到来。据统计，目前每年的生物灭绝率为百万分之一百。这一灭绝率堪比地球历史上经历的大规模灭绝事件，包括恐龙灭绝。

　　为了避免重现历史悲剧，研究小组把安全界限设定为每年生物灭绝率低于百万分之十。他们坦言，如果我们不控制物种的灭绝率，不给其他物种生存的空间，人类最终将把自己逼近险境。

　　氮循环失衡

　　安全界限：每年固氮量≤3500万吨。

　　目前水平：每年固氮量1.21亿吨。

　　科学诊断：远远超过安全界限。

　　氮是构成生命的基本元素。然而，地球库存的氮气不能被生物直接吸收，需要通过固氮作用成为氨，才能被生物吸收利用。自然界中存在一些固氮和脱氮的微生物。正是借助这些微生物，地球上的氮循环才能得以维持。

　　不过，人类的种植行为干预了氮循环。为了增加土壤中可吸收的氮，德国化学家弗里茨·哈勃于20世纪初发明了工业固氮方法，从大气中制取氮肥，从而改变了自然界原来的氮循环。如今，采用这种方法每年能从大气中固氮8000万吨，并将固态氮撒播到世界各地的农田里。此外，燃烧化石燃料、木材和农作物等方法也能固氮。目前每年人工固氮量达1.21亿吨，远远超出了地球所能承受的范围。

　　过量的氮正在酸化土壤，破坏许多物种。大量的氮注入周边的湖泊和海洋，导致多处水域富营养化。富营养化的水域滋生了大量水生生物，这些生物的生存又耗尽了水域中的氧气，致使许多水域成为一滩死水。

　　罗克斯特罗姆尝试着把人为固氮的安全水平设定在每年3500万吨，约占目前人工固氮总量的四分之一。这是一项艰难的任务。

　　田地匮乏

　　安全界限：≤15%的无结冰土地被用于农业种植。

　　目前水平：12%的无结冰土地被用于农业种植。

　　科学诊断：21世纪中期将达到安全界限。

　　农业的拓展速度继续加快，人们已经开始征用热带雨林作为农业用地。目前，世界上过半的热带雨林已经消失。草原原本是野生动物活动的天堂，现在却被人类圈养的牲畜占据。罗克斯特罗姆分析认为，农业扩张使地球生态系统丧失服务功能，加剧气候变化，并改变淡水循环。

　　目前，人们已经把大约12%的无结冰土地转变为农田，共计大约1600万平方公里。罗克斯特罗姆把土地利用的安全界限设定在全球15%无结冰土地转变为农田。不过，他坦言，更为关键的是我们不仅要限制农田数量，更要讲究如何使用农田。为了避免超过安全界限，我们应该提高农业种植率，充分发挥高产土地的价值。