是否存在這樣一種可能性，即人類的干預——氣溫上升、大規模土地利用變化、生物多樣性喪失等等——可能會將整個世界“推入”一種新的氣候狀態？如果真是這樣，這是否會改變我們應該採取的行動？
早在 2008 年，美國國家航空航天局 (NASA) 的詹姆斯·漢森就認為，我們在北極夏季海冰方面已經越過了“臨界點”。海冰覆蓋的減少已經超過了一個臨界閾值，從那時起，海冰水平將急劇下降至零，幾乎沒有恢復的希望。其他專家現在表示，近年來已經證實了這一特殊的斷崖式下降，2012 年 9 月的最低紀錄——驚人的比 2007 年之前的紀錄低 18%——很可能並非僥倖。
海冰代表著一個龐大的系統，但它通常被認為是足夠自給自足的，可以遵循這樣的臨界點模式。然而，過去一年中開始越來越頻繁地出現的問題是，這種相變（即一個系統以非線性方式快速地從一種狀態轉變為另一種狀態，且在對人類有意義的時間尺度內無法恢復）是否有可能在全球範圍內發生。
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“你正在把一個雞蛋推向桌子的邊緣，”加州大學伯克利分校的教授託尼·巴諾斯基說。他表示，起初，“不會發生什麼大事。然後它會掉到邊緣並摔碎。這個雞蛋現在處於一種根本不同的狀態，你無法讓它回到原來的狀態。”巴諾斯基是去年夏天發表在《自然》雜誌上的一篇備受關注的論文[DL1] 的第一作者，該論文認為，地球的生物圈正接近“狀態轉變”——一個行星尺度的臨界點，在這個臨界點，看似不相關的系統會同時轉變為“新常態”。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
關於災難性溫度變化的說法不太可能毫無爭議地被接受。澳大利亞阿德萊德大學的巴里·布魯克及其同事最近在《生態學與進化趨勢》雜誌上發表的一篇新論文認為，地球會表現出真正的臨界點特徵的觀點沒有真正的依據。布魯克說，這種大規模轉變發生的唯一方式是，世界各地的生態系統以基本相同的方式對人類的驅動力做出反應。一般來說，需要“各大洲之間存在強大的聯絡，以便影響可以在整個地球上迅速擴散。”
他說，這種聯絡不太可能存在。海洋和山脈將不同的生態系統彼此隔開，特定區域的反應很可能受到當地環境的強烈影響。例如，在亞馬遜燃燒樹木會增加大氣中的二氧化碳，並有助於提高全球氣溫，但馬來西亞類似雨林的命運可能更多地取決於當地的情況，而不是亞馬遜森林砍伐的全球影響。布魯克及其同事研究了陸地生態系統變化的四個主要驅動因素：氣候變化、土地利用變化、棲息地破碎化和生物多樣性喪失；他們發現，真正全球性的非線性反應基本上不會發生。相反，全球尺度的轉變很可能是平穩的。
“老實說，當其他人說行星臨界轉變是可能 [或] 很可能發生時，他們是在沒有任何基礎模型的情況下這樣說的，”布魯克說。“這只是猜測……。沒有人發現與我們提出的相反的情況——他們只是提出了這個觀點。”布魯克的團隊在他們的分析中得出結論，對全球驅動力（如氣溫升高）的當地反應的多樣性意味著我們無法確定任何特定的不歸路點。
英國埃克塞特大學的臨界點專家蒂姆·倫頓表示，目前還沒有全球轉變的確鑿證據，但他不排除這種可能性。“不清楚西伯利亞的變化如何導致加拿大或阿拉斯加發生同步變化，”他說，他指的是北緯地區永久凍土融化的一個常見氣候反饋迴路。“這似乎不太可能。更可能的是，北極的不同地區將同時達到融化閾值，僅僅是因為它們正在達到相同型別的溫度。”這是一個微妙的區別：我們看到的是多個系統作為一個整體發生臨界轉變，還僅僅是碰巧有不相關的系統在相似的時間點從懸崖上掉下來而形成的混合體？
倫頓表示，北極夏季無冰可能會啟動級聯效應——例如，附近陸地的氣溫升高，最終滲入永久凍土並導致快速融化。永久凍土釋放的碳反過來可能會引發進一步的變暖，並可能使另一個不相關的系統發生臨界轉變，等等。“這有點像排列好一些多米諾骨牌，”他說。“我還不確定未來氣候變化是否會出現這種情況，但值得考慮。”
這種多米諾骨牌效應最終看起來更像是“平穩”的反應，而不是非線性的反應，但美國宇航局的漢森表示，這並不意味著我們應該忽視它。“大多數臨界點都被‘平滑’了，但這並不會降低它們的重要性，”他說。即使北極海冰在越過不歸路點時也顯示出平滑的反應。“一旦你過了某個點，只需要稍微增加一點驅動力就可以失去所有海冰。”他贊同倫頓關於多米諾骨牌和非常重要的次全球系統的觀點：“如果夏季沒有海冰，很難想象格陵蘭冰蓋如何生存。”換句話說，融化的海冰可能會導致海平面大幅上升，這要歸功於一個據稱不相關的系統。
此外，這種非關聯性不一定是一個既定事實。巴諾斯基認為，世界各地的系統並非緊密相連的基本假設不再成立。“過去孤立的地球部分現在實際上非常相連，而我們就是連線者，”他說。此外，他所在團隊的論文主要基於與行星曆史的比較來證明全球臨界點的可能性：地球過去曾表現出快速的相變，而我們現在正在將這些型別的變化推向高潮。例如，從上一個冰期到目前間冰期的轉變（發生在短短幾千年內，大約在 11,000 年前結束），其特點是土地利用發生了突變：在幾千年的時間裡，大約 30% 的陸地表面從被冰覆蓋變為無冰。而在短短幾百年裡，人類已經將世界上大約 43% 的土地轉變為農業或城市景觀。
這種快速變化是否預示著新的全球轉變，在某種程度上是一個深奧的學術問題。答案取決於世界是否真的可以遵循依賴於“分岔理論”的臨界點的經典數學定義。該理論認為，一個系統遵循平滑的曲線，直到達到某個閾值——雞蛋以類似的速度滾動，直到撞到桌子的邊緣——此時，它會跳到一種新的狀態，而外部壓力沒有明顯變化。重要的是，一旦發生這種跳躍，就基本上無法回頭；你無法讓雞蛋“恢復原狀”。
而數學辯論的根本是一個效用的問題：真正的行星尺度臨界點的存在是否會改變我們應該如何應對從能源到土地利用的環境挑戰？
更準確的描述不僅能讓我們為快速的氣候變化做好準備，還可能幫助我們預測它。馬滕·舍費爾是荷蘭瓦赫寧根大學的教授，他已經對我們如何看到臨界點來臨做了大量研究。他說，在較小的尺度上，一個系統可能會在跳到不可逆轉的新狀態之前表現出“臨界減速”——從擾動中恢復的能力減慢。舍費爾在為臨界點辯護時說，過去全球尺度上的快速氣候變化似乎也表現出類似的效果。
如果我們同意臨界點的存在，也許我們甚至可以嘗試阻止它。隨著世界似乎越來越接近解決氣候變化問題，確定最有效的減緩措施的具體目標變得越來越重要。在最近的國情諮文演講中，美國總統巴拉克·奧巴馬呼籲採取單方面行動來解決與全球變暖相關的排放問題；如果我們能夠找到臨界點閾值，這是否應該成為我們調整此類行動的理由，以反映快速全球尺度變化的可能性？
“如果其中一個臨界點是合理的（我認為確實如此），那麼採取行動減緩所有這些個別壓力因素就更加緊迫了，”加州大學伯克利分校的巴諾斯基說，“因為結果可能會比我們有時間做出反應的更令人驚訝和更具破壞性……。我寧願在預防方面犯錯，而不是忽視臨界點的可能性，然後在它們發生時感到不悅。”