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地球處於平衡狀態:7 個關鍵轉折點

  • 2011-03-02
  • Armanda

7 個轉折點

這張“藍色大理石”圖像是迄今為止整個地球最詳細的真彩色圖像。(圖片來源:美國宇航局)

研究人員在 2009 年 10 月提出,邊界有兩種。明尼蘇達大學生態學家喬納森·弗利 (Jonathan Foley) 表示,“一種邊界代表臨界點,一旦跨過它,就會發生不可逆轉的災難性後果”。 “另一個將涉及更漸進的變化,但仍然遠遠超出我們在人類歷史上看到的任何範圍。”

人類已經使地球超越了一些極限,例如與氣候變化和氮循環相關的極限。但一些在《自然》雜誌上回應的科學家對閾值的想法提出了質疑,而其他人則評論說這種限制似乎是武斷的。儘管如此,許多人還是對將限製作為基准或起點的想法表示讚賞。

以下是已提交討論的七個行星邊界。

平流層臭氧

地球的臭氧層可能已經被侵蝕到人類無法生存的地步如果政治領導人和科學家沒有團結起來監管破壞臭氧層的化學物質,而臭氧層可以保護我們免受太陽輻射。 1989 年,《蒙特利爾議定書》禁止使用氯氟烴 (CFC),並幫助消除了未來世界南極洲上空出現永久性臭氧空洞的幽靈。

根據 1964 年至 1980 年的臭氧水平,環境科學家提出了平流層(大氣上層)臭氧減少 5% 的臨界點。

墨西哥城能源與環境戰略研究中心負責人、物理化學家馬里奧·莫利納表示,平流層臭氧的更現實的臨界點可能會更高。全球範圍內真正災難性的臭氧消耗將減少 60% 左右。但莫利納補充說,考慮到臭氧損失超過 5% 對人類健康和環境的損害,臭氧破壞的下限是有道理的。

土地利用

密西西比河水文學可能為保護脆弱的海灣濕地提供可能的答案。(圖片來源:美國宇航局地球觀測站。)

農業和工業早已成為人類文明的基石,目前供養當今人口的農作物覆蓋面積已達到土地面積的12%左右。現在,環境科學家提出了 15% 的土地使用限制,留下了一些迴旋餘地,但仍然保護動植物免於失去寶貴的土地。

倫敦國際環境與發展研究所高級研究員史蒂夫·巴斯表示,這一限制是一個“合理的想法”,但還為時過早。巴斯指出,任意限制可能會讓決策者不服氣。畢竟,將土地轉變為農業和工業給人類帶來了巨大的利益。

巴斯說,環境健康的更好界限可能是限制土壤退化或土壤流失。這可以衡量不同類型土地利用對環境的影響,例如集約化耕種農田與更可持續的農業。歷史上,不良的土地利用方式導致了土壤流失,並造成了可怕的沙塵暴,無論是在或在。

土地利用

(圖片來源:stock.xchng)

飲用水是生命的基本必需品,但人類也使用大量水來種植農作物。弗利和他的同事建議,“藍水”來源——河流、湖泊、地下水庫的蒸發和灌溉——每年的使用量不應超過 960 立方英里(4,000 立方公里),或者略小於密歇根湖的總體積。目前人類每年使用 624 立方英里(2,600 立方公里)的水。

但斯里蘭卡國際水管理研究所研究副所長大衛·莫爾登表示,全球對淡水的限制可能太高。莫爾登認為,全球觀點忽視了限制人們獲取淡水的當地條件,無論是缺乏基礎設施還是缺乏資金,以及每個地區的用水比例。

集約化農業可能會耗盡一個地區的大部分淡水,更不用說對生物燃料作物不斷增長的需求了。。世界上另一個擁有大量淡水的地區可能根本不會用於農業。因此,可能必須針對該地區定制用水限制。儘管如此,莫爾登稱行星邊界的想法是一個“重要的警告”,也是思考極限的起點。

海洋酸化

較高水平的二氧化碳會溶解珊瑚礁和其他海洋生物繁衍生息所需的礦物質。這導致環境科學家標記溫室氣體二氧化碳增加所導致的臨界點是一個臨界點,如果突破這一臨界點,可能會給海洋生物和依賴該資源的人類帶來災難性後果。邊界定義的重點是文石(珊瑚礁的礦物組成部分),因此文石飽和狀態應至少為全球工業化前平均水平的 80%。這種飽和狀態反映了溶解在海水中的文石的量。

加利福尼亞州莫斯蘭丁市蒙特利灣水族館研究所的海洋化學家彼得·布魯爾(Peter Brewer)表示,這一界限是基於實驗室實驗得出的,實驗表明文石含量減少會導致珊瑚礁生長減慢。一些海洋生物顯然可以在文石含量較低的海洋中生存,但不斷加劇的海洋酸化可能會殺死許多生活在珊瑚礁周圍的物種。

臨界點的一個問題是:布魯爾不知道是否有人有一個嚴肅的計劃來說服人類遵守環境限制。

生物多樣性喪失

來自加拿大愛德華王子島的巨型大西洋藍鰭金槍魚。(圖片來源:Jay R. Rooker)

如今,物種滅絕的速度為每年每百萬人口中有 10 至 100 個物種滅絕,還有更多從地球上消失。現在,環境科學家表示,物種滅絕不應超過每年每百萬物種 10 個物種的閾值——目前的滅絕速度顯然已經超過了這一界限。

華盛頓特區史密森尼國家自然歷史博物館館長克里斯蒂安·桑珀 (Cristian Samper) 表示,僅僅跟​​踪所有物種的複雜性就給使用滅絕率作為界限帶來了問題。在它們滅絕之前,昆蟲或大多數海洋無脊椎動物的滅絕速度尤其未知。

還有一個事實是,過去諸如二疊紀-三疊紀事件,也超出了提議的滅絕率邊界。與其他物種相比,某些物種的自然滅絕率更高。

相反,桑佩爾提出了兩種替代滅絕率的方法。科學家們可以關注每組物種的種群規模、分佈和威脅水平如何變化,而不是關注單一的滅絕率。他們還可以將物種滅絕定義為基於生命樹不同分支的進化歷史的概率。

氮磷循環

這張地球圖像是在歐空局的羅塞塔彗星追踪器接近地球進行第三次也是最後一次掠過時拍攝的。將三張帶有橙色、綠色和藍色濾鏡的圖像組合起來創建了這一張。照亮的新月大致以南極為中心(圖像底部的南方)。南極洲的輪廓在形成引人注目的南極渦旋的雲層下清晰可見。海岸線前面的浮冰以其強烈而壯觀的反射,在圖像上形成了非常明亮的斑點。該圖像是使用 OSIRIS 窄角相機於 2009 年 11 月 12 日歐洲中部時間 13:28 從距離 633 000 公里處拍攝的。分辨率為12公里/像素。(圖片來源:ESA ©2009 MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA)

氮是生命的關鍵元素,其可用量決定了植物或農作物的生長量。磷是植物和動物的另一種重要營養素。這兩種元素在地球系統中的循環量有限,因此改變循環可能會耗盡可用儲量,並因濃度不同而導致環境破壞或物種損失。

環境科學家建議,人類在從大氣轉移到陸地表面的氮中添加的量不應超過 25%。對於磷,他們建議人類影響不應超過通常使磷可用的背景風化作用的 10 倍。

對於紐約州米爾布魯克卡里生態系統研究所所長威廉·施萊辛格(William Schlesinger)來說,這些限制似乎過於武斷。施萊辛格指出,土壤細菌和生態系統管理可以改變氮水平,因此氮循環可以在適當的平衡下承受更大的人類影響。相比之下,他表示擬議的磷循環邊界是不可持續的,磷儲量將在 200 年內耗盡。

施萊辛格最大的問題在於閾值的概念。他說,等到人類接近這些界限才採取行動,只會讓壞習慣持續下去,對環境造成的影響也會累積。

氣候變化

《後天》中的場景,地球經歷突然而劇烈的氣候變化。當這部電影 2004 年上映時,這一切都只是美好的虛構故事,但現在科學家們正在發現溫度突然波動的可能性的怪異真相。(圖片來源:20 世紀福克斯)

許多科學家和政​​策制定者將 350 ppm (百萬分之 350) 作為大氣中二氧化碳濃度的長期目標限值。之所以設定這個限制,是因為超過這個數量,溫室氣體的積累將使人類對全球變暖的影響超過 3.6 華氏度(2 攝氏度)。然而,英國牛津大學物理學家兼氣候學家邁爾斯·艾倫表示,這一二氧化碳目標在很大程度上沒有抓住重點。他認為,無論長期集中目標如何,避免“危險的氣候變化”所需的行動都保持不變。

艾倫說,現代人類不可能聲稱能夠控制未來二氧化碳濃度是 350 ppm 還是任何其他特定水平。他還批評了擬議的邊界,因為它對氣候敏感性的高估計,或者對大氣二氧化碳加倍的長期變暖反應。

但艾倫承認 350 ppm 濃度可能仍然是一個有用的目標。這是因為科學家知道 15% 到 20% 的二氧化碳排放量會無限期地滯留在大氣中。期間排放量略高於1萬億噸(現在)人為造成的全球變暖將導致長期二氧化碳濃度約為 350 ppm。將過量二氧化碳排放量限制在 1 萬億噸,正好可以將最有可能與二氧化碳相關的變暖峰值控制在 2 攝氏度以下,而人類已經達到了這一限制的一半。

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