編者按：《原始線上版本的故事發佈於 2009 年 9 月 23 日。
人類對地球規模的影響正變得越來越明顯：我們物種滅絕的速度堪比所有地質時期的重大滅絕事件，並導致海洋迅速酸化、冰蓋減少甚至河流三角洲下沉。現在，一個由 29 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 9 月 23 日的《自然》雜誌線上版上提出了九個“行星邊界”。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）這些邊界涉及氣候變化、海洋酸化、化學汙染等，旨在為自然系統設定相對於人類影響的閾值或安全限制，儘管一些邊界的確切數字尚未確定。
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“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過程，”羅克斯特倫說。“哪些地球系統過程決定了[地球]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週期推過安全閾值的關鍵變數。例如，氣候變化的關鍵變數是大氣二氧化碳濃度及其隨之而來的熱量捕獲量的增加。目前，大氣中的二氧化碳濃度已達到百萬分之 387 (ppm)，遠高於工業化前的百萬分之 280。科學家（包括 NASA 氣候學家詹姆斯·漢森）確定的估計安全閾值為百萬分之 350，或總升溫每平方米 1 瓦特（當前升溫約為每平方米 1.5 瓦特）。
“我們開始非常粗略地量化我們認為這些閾值可能在哪裡。所有閾值都存在巨大的誤差範圍，”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百萬分之 350 開始。”
人類已經突破了九個已確定的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）。不幸的是，許多過程也會相互影響。“跨越一個閾值會使其他閾值更脆弱，”福利補充道。例如，生物多樣性喪失“在一個非常炎熱的星球上會加速”。
幾位科學家讚揚了這項努力，但批評了設定的精確閾值。凱瑞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、緩慢和擴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 2,600 立方公里擴大到未來的 4,000 立方公里，將導致環境災難地點進一步退化，例如亞洲乾涸的鹹海和七條主要河流（包括美國的科羅拉多河），這些河流不再流入大海。（一立方公里水約等於 264 萬億加侖。）
牛津大學氣候動力學小組的物理學家邁爾斯·艾倫表示，即使是二氧化碳百萬分之 350 的限制也“值得懷疑”。相反，他認為關注將累積排放量保持在 1 萬億公噸以下可能更有意義——儘管這意味著人類已經用完了其總體排放預算的一半以上。
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之好。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將達到 90 億人口的世界，而又不破壞地球？至少了解危險區域在哪裡是真正重要的第一步。”
有理由抱有希望。人類以前曾跨越過這些閾值之一——即，臭氧消耗化學物質（“臭氧空洞”）排放導致的平流層臭氧水平下降。由於國際合作和 1989 年的蒙特利爾議定書，我們退後了一步。“我們確實設法使自己遠離了臭氧邊界，並在區域層面為保護生物多樣性、減少農業汙染、氣溶膠和用水需求以及減緩土地轉換做出了認真的努力，”亞利桑那大學的環境科學家戴安娜·利弗曼指出，她是新閾值的作者之一。“這提供了一些希望，即如果我們選擇，我們可以管理我們對地球的影響。”
注：本文最初印刷時的標題為“設定邊界”。
*勘誤（1/25/10）：正確的換算是 2640 億加侖。