去年十二月，世界各國領導人在哥本哈根會面，為氣候辯論增添了更多熱烈的氣氛。這是因為，儘管人類想要避免的影響——火災、洪水和乾旱，僅舉幾例——非常清楚，但阻止全球變暖的正確策略卻不明確。儘管付出了數十年的努力，科學家們仍然不知道，就溫度或大氣中溫室氣體的濃度而言，什麼“數字”構成了危險。
斯坦福大學的氣候學家斯蒂芬·施耐德說，當談到定義氣候對諸如大氣二氧化碳水平上升等強迫因子的敏感性時，“我們並沒有比1975年知道的更多。”施耐德在1970年代首次定義了“氣候敏感性”一詞。“我們所知道的是，如果你向系統中增加每平方米瓦特的能量，它就會變暖。”
溫室氣體透過充當毯子的作用來增加這些瓦特，從而捕獲太陽的熱量。在過去一個世紀中，它們已使地球升溫約0.75攝氏度。科學家可以測量溫室氣體現在增加了多少能量（大約每平方米三瓦特），但難以精確定義的是其他因素在多大程度上發揮作用——雲層對變暖的反應、氣溶膠的冷卻作用、海洋吸收的熱量和氣體、人類對地貌的改造，甚至太陽強度的自然變異性。“我們可能需要等待20或30年，才能獲得21世紀足夠好的資料集來確定敏感性，”美國宇航局戈達德空間研究所的氣候建模師加文·施密特說。
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儘管存在所有這些變數，但科學家們在一個多世紀前就注意到，大氣中二氧化碳的工業化前濃度從百萬分之280（ppm）翻倍，可能會導致全球平均氣溫升高約3攝氏度。
但是，多少升溫和增加的二氧化碳對人類文明來說是安全的，仍然是一個判斷性的問題。歐洲政治家們已經同意，到2100年，全球平均氣溫不應比工業化前水平升高超過2攝氏度，這相當於溫室氣體濃度約為450 ppm。“我們現在是387，並且以每年2 ppm的速度上升，”哥倫比亞大學的地球化學家華萊士·布羅克說。“這意味著450 ppm 僅在 30 年後就會到來。如果我們能停在 550 ppm，那就很幸運了。”
戈達德的詹姆斯·漢森認為，大氣濃度必須迅速恢復到 350 ppm 或更低。“兩攝氏度[的升溫]是註定的災難，”他說，並指出近年來已經顯現出來的加速影響。“如果你想讓其中一些事情停止變化——例如，北極海冰的融化——你需要做的是恢復地球的能量平衡。”
牛津大學的物理學家邁爾斯·艾倫等其他科學家從相反的角度審視問題：大氣可以安全容納多少二氧化碳？艾倫和他的團隊認為，為了將升溫控制在 2 攝氏度以下，到 2050 年，人類可以承受向大氣排放一萬億噸二氧化碳——而人類已經排放了一半。換句話說，只能燃燒剩餘已知煤炭、石油和天然氣儲量的四分之一。“要解決這個問題，我們需要完全消除二氧化碳的淨排放，”艾倫說。“從現在開始，排放量需要每年下降 2% 到 2.5%。”
明尼蘇達大學的氣候科學家喬恩·福利是定義包括氣候在內的 10 個行星系統的安全界限的團隊成員，他主張謹慎行事。他觀察到，“質量守恆定律告訴我們，如果我們只希望浴缸的水位這麼高，那麼我們要麼大幅調小水龍頭，要麼確保排水口更大。到 2050 年將二氧化碳減少 80% 左右是實現那種穩定化的唯一途徑。”
美國國家科學院已經召集了一個專家小組，就國家適當的“穩定目標”發表意見，一份報告預計將於今年晚些時候釋出。當然，對於什麼是危險的看法可能會因居住在佛羅里達州還是明尼蘇達州，更不用說美國還是馬爾地夫而異。
將大氣中溫室氣體的濃度保持在 550 ppm 以下，更不用說回到 350 ppm 或更低，不僅需要社會從工業到飲食的巨大轉變，而且很可能需要新技術，例如直接從空氣中捕獲二氧化碳。“空氣捕獲可以彌合差距，”同樣在哥倫比亞大學的物理學家克勞斯·拉克納說，他正在尋找資金來建造這樣一種裝置。
彌合這一差距至關重要，因為最佳資料——過去一個世紀左右的觀測——表明氣候對人類活動很敏感。“不可逆轉變化的閾值就在那裡——我們不知道在哪裡，”施耐德指出。“我們所知道的是，變暖越多，就越危險。”