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人類對全球的影響規模正變得越來越明顯：我們已經達到了一個物種滅絕率，可以與所有地質時代的重大滅絕事件相媲美，同時還面臨著迅速酸化的海洋、日益減少的冰蓋，甚至還有下沉的河流三角洲，科羅拉多大學博爾德分校的科學家們的一項新研究揭示了這一點。難怪一些地質學家和其他科學家將現代紀元稱為人類世。現在，一個由 28 位科學家組成的國際小組初步嘗試為地球設定一些具體的環境閾值。
斯德哥爾摩大學的約翰·羅克斯特倫及其同事在本週的《自然》雜誌上提出了九個“行星邊界”。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）從氣候變化到化學汙染，這些邊界旨在為自然系統設定關於人類影響的閾值或安全限制。
羅克斯特倫說：“我們已經達到了可持續發展的行星階段，我們正在全球地球系統規模上擺弄硬連線的程序。” “哪些地球系統過程決定了[行星]保持穩定狀態的能力？”
該研究以全新世為期望的穩定狀態，即自上次冰河時代以來人類文明蓬勃發展的 10,000 年，並試圖確定可能將行星迴圈推過安全閾值的關鍵變數。
因此，例如，氣候變化的關鍵變數是大氣中的二氧化碳濃度及其隨之而來的截留熱量增加。目前，大氣中的二氧化碳濃度已達到百萬分之 387 以上 (ppm)，遠高於工業化前的百萬分之 280。因此，包括美國宇航局氣候學家詹姆斯·漢森在內的科學家們確定的估計安全閾值為 350 ppm，或總升溫每平方米一瓦特（目前升溫約為每平方米 1.5 瓦特）。
明尼蘇達大學環境研究所所長、作者之一的生態學家喬納森·福利說：“我們開始非常粗略地量化我們認為這些閾值可能在哪裡。所有這些都有很大的誤差範圍。” “我們不確切知道需要多少百萬分比才能阻止氣候變化，但我們認為它從大約 350 ppm 開始。”
除了氣候變化邊界之外，人類還已經突破了九個已確定邊界中的另外兩個安全閾值——生物多樣性喪失和可用氮（這要歸功於現代肥料）。而且，不幸的是，許多過程也會相互影響。福利補充說：“跨越一個閾值會使其他閾值更容易受到影響。” 例如，“在一個非常炎熱的星球上，生物多樣性[喪失]會加速。”
地球系統 閾值測量 邊界 當前水平 工業化前
氣候變化 二氧化碳濃度 350 ppm 387 ppm 280 ppm
生物多樣性喪失 滅絕率 10 pm >100 pm* 0.1-1 ppm
氮迴圈 氮氣噸位 35 兆噸** 121 兆噸 0
磷迴圈 海洋中的含量 11 兆噸 8.5-9.5 兆噸 –1 兆噸
臭氧層 臭氧濃度 276 DU# 283 DU 290 DU
海洋酸化 文石^^ 水平 2.75 2.90 3.44
淡水使用量 消耗量 4,000 立方公里^ 2,600 立方公里 415 立方公里
土地利用變化 耕地轉換 15 立方公里 11.7 立方公里 低
氣溶膠 煙塵濃度 待定 待定 待定
化學汙染 待定 待定 待定 待定
*pm=百萬分比
**mmt=百萬公噸
#DU=多布森單位
^立方公里=立方公里
^^文石是碳酸鈣的一種形式。測量單位為全球平均飽和狀態。
在《自然氣候變化報告》本週線上發表的相關評論中，一些科學家批評了設定的精確閾值，但他們稱讚了這項努力。凱里生態系統研究所的生物地球化學家威廉·施萊辛格認為，磷肥的限制過於寬鬆，可能會讓“有害的、緩慢而分散的退化幾乎無限期地持續下去”。斯里蘭卡國際水資源管理研究所研究副主任大衛·莫爾登指出，允許人類用水量（主要用於農業）從今天的 2600 立方公里擴大到未來的 4000 立方公里，將進一步加劇諸如亞洲乾涸的鹹海和包括美國科羅拉多河在內的七條不再流入海洋的主要河流等環境災難的惡化。
牛津大學氣候動力學小組的物理學家邁爾斯·艾倫說，二氧化碳的350 ppm 限值也“值得懷疑”，而專注於將累積排放量控制在 1 萬億公噸以下可能更有意義，這意味著人類已經用完了其總排放預算的一半以上。
而且，設定閾值的這些努力記錄不一。例如，羅馬俱樂部在 1972 年提出的“增長極限”論點未能實現，部分原因是這裡列出的一些創新，例如工業農業中氮使用量的增加。福利說：“其中很大一部分是養活 67 億人。” “我們正在走向 90 億，他們將希望像發達國家的人們一樣吃得更多，而且還有生物燃料的幽靈。這些邊界看起來非常脆弱。”
然而，最重要的是，無論對地球的影響如何，就物質繁榮而言，人類的狀況可能從未如此好過。問題是：“你如何繼續改善人類的狀況？” 福利問道。“我們如何才能維持一個能夠達到 90 億人口而又不破壞地球的世界？至少知道危險區域在哪裡是邁出的非常重要的第一步。”
有理由抱有希望。人類以前曾跨越過這些閾值之一——由於排放破壞臭氧的化學物質導致平流層臭氧水平下降（“臭氧空洞”）——並透過國際合作和 1989 年的蒙特利爾議定書而退回。亞利桑那大學環境與社會研究所的環境科學家、新閾值作者之一的戴安娜·利弗曼說：“我們確實設法將自己從臭氧邊界移開，並在區域層面為保護生物多樣性；減少農業汙染、氣溶膠和水需求；以及減緩土地轉換做出了認真的努力。” “這為我們提供了希望，如果我們選擇這樣做，我們就可以管理我們對地球的影響。”