科學家在一項新的研究中警告說，人類活動正在將地球變成一個可能不再能充分支援我們已建立的社會的世界。該研究繪製了我們是否以及超出了九個“地球邊界”多少。
該分析建立在 2009 年發表的一篇論文的基礎上，該論文首次概述了九個地球約束，這些約束使地球環境與前工業時代全新世時期人類所居住的世界相似。這個時期持續了大約過去 10,000 年，直到工業革命開始，人類開始大量燃燒化石燃料，並將捕獲熱量的溫室氣體排放到大氣中。在週三發表在《科學進展》雜誌上的這項新研究中，研究人員對偏離人類基線可能造成的潛在後果發出了警報。
哥本哈根大學地球系統科學家凱瑟琳·理查森領導了這項新研究，她說：“這就像血壓一樣。 “如果你的血壓超過 120/80，這並不能保證你一定會心臟病發作，但它確實會增加風險，因此我們會盡一切努力降低血壓。”
這項新研究標誌著自 2009 年論文以來的第二次更新，也是科學家首次為每個邊界納入數值指南——這是一個非常重要的進展。“這篇論文的新穎之處在於：這是首次對所有九個邊界進行了量化，”荷蘭烏得勒支大學的環境社會科學家拉克·金說，他沒有參與這項新研究。
自最初提出以來，地球邊界模型因展示各種相互關聯的因素（不僅僅是單獨的氣候變化）而受到讚揚，這些因素影響著地球的宜居性。當然，框架中包含了二氧化碳水平，但也包括生物多樣性喪失、化學汙染、土地和淡水利用的變化以及關鍵元素氮和磷的存在。這些邊界都不是孤立存在的；例如，土地利用變化會影響生物多樣性，二氧化碳會影響海洋酸化等其他關聯。
“很容易想到：有八個、九個邊界——但我認為向人們解釋這些事物如何相互作用是一個挑戰，”斯德哥爾摩大學和瑞典皇家科學院貝耶生態經濟研究所的聯合倡議斯德哥爾摩應變中心政治科學家維克多·加拉茲說，他專注於氣候治理，並未參與這項新研究。“你拉動一端，實際上你會影響到其他東西。而且我認為人們並沒有真正理解這一點。”
儘管九個總體因素本身與 2009 年論文中首次確定的因素相同，但專案研究人員對其中一些邊界的細節進行了微調。“最新迭代在充實更多資料方面做得非常好——而且，在定量方面也做得越來越好，我們相對於這些邊界所處的位置，”非營利組織“Project Drawdown”的執行董事喬納森·福利說，該組織制定了氣候解決方案的路線圖。福利是 2009 年原始論文的合著者，但未參與這項新研究。
儘管如此，總體結論與近 15 年前仍然相同。“這非常令人震驚：我們生活在一個與任何人類以前見過的星球都不一樣的星球上，”福利說。（人類也在努力實現聯合國 17 項可持續發展目標，這些目標旨在共同應對環境和社會挑戰，例如飢餓和性別不平等。）
新研究對九個邊界的評估如下。
最令人擔憂的評估之一是磷和氮的流動，它們都被廣泛用作農作物肥料，並自由地流入生態系統，造成嚴重破壞，例如，引發危險的藻類大量繁殖。研究人員發現，人類向環境中釋放的含有這些元素的化學物質遠遠超過了科學家計算出的邊界限制。
另一個明顯被違反的邊界是氣候變化，研究人員從兩個方面對其進行了評估。首先，他們考慮了大氣中二氧化碳的濃度，現在為百萬分之 417 (ppm)，而科學家此前估計工業革命前僅為百萬分之 280。他們確定安全邊界限制為百萬分之 350，該限制於 1987 年被突破。科學家們還考慮了輻射強迫，這是一種衡量來自太陽的能量到達地球與地球損失的熱能之間平衡的指標。該團隊發現，在這兩個方面，我們目前都在超出建議的地球邊界之外運作。
但這項研究的關鍵資訊之一是，儘管氣候變化主導著關於地球未來的對話，但生物世界的完整性與氣候一樣重要。“每個星球都有氣候，天哪——這沒什麼特別的，”理查森說。“特別之處在於擁有生命。”
理查森和她的同事從兩個方面評估了生物圈的完整性：遺傳多樣性和他們所說的“功能完整性”。對於前者，他們以滅絕率為近似值，並保守估計當前的滅絕率約為背景率的 100 倍。當前分析中新考慮的一個因素是地球周圍“初級生產”（意味著光合作用）的總水平，作為生態系統功能完整性的估計。該團隊確定，在整個全新世時期，初級生產相對恆定。研究人員估計，今天，人類已經為了自己的目的而佔用了大約 30% 的初級生產——實際上是透過我們收穫和食用的食物。在工業革命之前，這一比例僅為 2%。
第四個邊界“新型實體”代表了充斥現代生活的人造化學物質——例如塑膠、二氯二苯基三氯乙烷 (DDT)（它危險地稀釋了鷹等鳥類的蛋殼）以及全氟烷基和多氟烷基物質 (PFAS)（科學家們意識到“永久性化學物質”幾乎無處不在）。科學家們首次量化了這個邊界，他們將其定義為僅向環境中釋放經過安全測試的化學物質。理查森指出，目前的情況遠遠超出了這個限制：僅在歐盟，大約 80% 的人造化學品在未經測試的情況下已被使用了十多年。
另一個被超越的邊界涉及土地利用。具體來說，研究人員量化了森林損失，發現僅剩下 60% 的曾經是森林的土地仍然是森林。他們說，75% 是安全的邊緣，因為森林在調節我們的氣候並使其對人類友好方面發揮著作用。
自先前版本的分析以來，被跨越的邊界是淡水使用，這一類別現在反映了研究人員處理該邊界的方式的變化。早期的分析僅著眼於科學家所說的“藍水”，其中包括地表水和地下水。在新評估中，該團隊還考慮了“綠水”，它不會進入含水層，但植物仍然可以獲取。理查森說，這是一個重要的區別。“我認為改變指標是正確的，而我們現在選擇的指標表明我們正處於錯誤的一邊，”她說。“我會誠實地說，如果我們使用舊指標，那麼我們仍然不會跨越它。”
最後三個類別代表了人類尚未超出研究人員定義的地球邊界的領域：海洋酸化、大氣氣溶膠負荷和臭氧消耗。只有最後一個類別朝著正確的方向發展，這要歸功於罕見的《蒙特利爾議定書》的成功，這是一項國際協議。根據該協議，各國減少了消耗臭氧層化學物質的使用，使高層大氣中具有保護作用的臭氧層得以恢復。
自從最初提出地球邊界以來，研究人員不僅對這些指標的細節進行了辯論，而且還對整個系統的優點進行了辯論。對於理查森來說，地球邊界是一種輕鬆理解人類從地球索取多少的方式。“我認為它非常積極，因為它有點像銀行賬戶，瞭解我們與地球的關係就是力量，它使我們有可能發展可持續的社會，”她說。“社會需要這樣的東西。”
其他人說，雖然更好地瞭解當前情況有所幫助，但地球邊界系統並未解決我們必須應對的慣性和複雜性，才能將我們自己拉回到地球的限制之內。“從政策的角度來看，”加拉茲說，“我們不需要更多資訊來採取行動。”
福利說，他的重點也轉向了行動。儘管他的組織的努力為應對氣候變化這一邊界制定了路線圖，但他表示其他邊界也需要類似的工作。“從地球邊界轉向地球解決方案是我認為真正令人興奮的下一步，”福利說。“我們科學家非常擅長描述問題，但我們必須更好地構建解決方案，並展示它們如何才能具有吸引力和實用性——不僅對那些關心環境的人，而且對所有人。”