新紀元來臨?- 人類世

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


人類對地球系統的影響如此巨大,以至於地球歷史的這個階段需要一個正式名稱,這個概念並不新鮮。早在1873年,義大利地質學家安東尼奧·斯托帕尼就提出了人類紀這個術語;1879年,美國地質學家約瑟夫·勒孔特在他的教科書《精神紀中討論了這個問題;1927年,法國哲學家愛德華·路易·埃馬紐埃爾·朱利安·勒魯瓦採用了俄羅斯礦物學家弗拉基米爾·維爾納茨基智osphere,來表示地球的第三個紀元——在無生命的地球圈和有生命的生物圈之後,人類思想的紀元已經開始。然而,考慮到地質時間的浩瀚——“我們找不到開始的痕跡,也看不到結束的希望”(詹姆斯·赫頓)——以及在19世紀後期地球表面顯然仍然未受破壞的廣闊區域,人類可以改變地球歷史的想法似乎微不足道。

圖1.《人類的出現》,L. FIGUIER 1872年的歷史描繪。

在過去的100年中,隨著科學技術的進步,隨著商品和食品生產力的提高,世界人口爆炸式增長,我們每個人對地球資源的影響也急劇增加——變得越來越明顯。


支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


2002年,化學家保羅·克魯岑提出,人類人口和文化對環境的影響非常顯著,以至於它們將在地球地層記錄中留下永久的地質標記——他為已經開始的紀元創造了“人類世”這個術語,這個術語很快就被非正式地納入技術文獻,並在過去十年中引起了越來越多的關注——2011年GSA會議甚至將討論從“太古代到人類世”的地球歷史。

大多數地質紀元都是在歷史上透過觀察到的巖性、巖相學、化學成分,特別是古生物學內容——化石記錄中物種的滅絕和更替來定義的。自我們的祖先開發石器工業以來,人類的文物和化石就被記錄在地層柱中,但只有在全新世,人類活動和對環境的影響才在沉積物中可觀察到。

隨著農業和牧業的發展,沼澤沉積物中記錄的花粉譜發生了顯著變化,樹木種類減少,草和栽培植物增加。森林的砍伐改變了河流流域的水文,增加了侵蝕,湖泊沉積物中的沙層通常與湖泊周圍地區的人類活動有關。

隨著最早的文明出現,在土壤和湖泊沉積物,甚至格陵蘭冰芯記錄中,都觀察到了採礦和金屬處理造成的環境汙染所導致的地質化學變化。

在全新世的後半期,由於人口的增加和大型文明的發展,人類的影響力不斷增強,許多人共同努力實現單個個體不可能單獨完成的專案。

在過去的200年中,自工業革命以來,與以往所有世代相比,人類在為自身需求塑造地球和自然方面超越了所有努力。人類使用了大部分自然地質資源,如礦物、岩石、土壤和水。水被儲存或改道,土壤和沉積物被耕種、挖掘、運輸和沉積,影響了沉積模式,並導致地質記錄中的巖性變化。景觀的改造以及岩石和混凝土建築的建造都是可以化石化的影響和人工製品,在地層記錄中產生可識別的層。鈾和其他裂變材料的開採,特別是原子彈的爆炸,將大量的放射性物質引入地球大氣層,產生了具有地球化學特徵的沉積層。

化石燃料的燃燒改變了大氣的化學成分,這本身將影響溫度和降水,再次影響侵蝕(例如,改善的化學風化作用)和沉積。氣候變化也將對地球基本的侵蝕-沉積水平——海平面產生影響,所有河流都將其沉積物負荷輸送到海平面,碳酸鹽巖和矽質碎屑岩在那裡沉積。大氣中二氧化碳的增加也改變了海洋的化學成分,可能改變了岩石的化學沉澱和溶解以及生物體產生碳酸鹽的方式。

使用火來清理土地和獵殺動物可能迫使了更新世巨型動物群的分佈,並最終導致其滅絕——更新世滅絕至今仍在陸地和海洋中以越來越快的速度進行:積極的狩獵、棲息地的破壞、動物和植物物種的重新安置、病原體的傳播、氣候變化都對當地本土動植物群產生了災難性的影響。結果在化石記錄中是永久性的,滅絕的物種不再能夠進化,未來的進化將在倖存(和經常人為重新安置的)種群上發生。BARNOSKY 等人,2011年將實際滅絕率與過去地質時期的五次大滅絕進行了比較,得出的結論是,今天的滅絕率已經顯著高於常見的背景率,並且根據情景(假設今天受到威脅的物種將在未來100年內滅絕),在未來幾個世紀到幾千年內可能會達到與過去大規模滅絕相當的滅絕率。

儘管人類對地球有影響,但人類影響沉積作用的多種方式使得選擇單一事件或過程來正式定義人類世的基礎變得困難。地質紀元是由普遍可識別的事件或地層定義的——例如,古新世的基礎幾乎在世界範圍內都可以透過存在一層粘土來識別,該粘土具有明顯的銥異常和特定有孔蟲物種的大規模滅絕。

圖2. 義大利斯卡利亞羅薩組古比奧峽谷中著名的白堊紀(下部)和古新世(上部)紀元之間的過渡帶(影像旋轉了90度)。

然而,人類的許多影響是區域性的,或者只是隨著時間的推移緩慢增加,在地層學中產生模糊的邊界——應該使用哪種影響——人類世應該從農業革命期間觀察到的植被的首次變化開始,還是僅僅從後來的工業革命造成的嚴重影響開始(大多數新階段的支持者更傾向於後者)。人類世的批評者也暗示全新世已經細分為區域花粉和植被帶,更重要的是文化階段,更不用說近幾個世紀的書面歷史了。

圖3. 過去120萬年歐洲細分方案的簡化示意圖(點選放大,修改自國際地層圖表2009)。

因此,公眾通常認為人類世的提議和討論在某種程度上是多餘的——然而,研究人員也將術語的引入和使用視為一種機會——透過接受我們對地球的深刻影響,我們也許也會接受我們對地球和我們自身的責任。

參考文獻

BARNOSKY, D.A.; MATZKE, N.; TOMIYA, S.; WOGAN, G.O.U.; SWARTZ, B.; QUENTAL, T.B.; MARSHALL, C.; McGUIRE, J.L.; LINDSEY, E.L.; MAGUIRE, K.C.; MERSEY, B. & FERRER, E.A. (2011): 地球的第六次大滅絕已經到來? 《自然》雜誌,第471卷:51-57頁

CRUTZEN, P.J. (2002): 人類的地質學。 《自然》雜誌,第415卷:23頁

FIGUIER, L. (1872): 洪水之前的世界。 Cassel, Petter, Galpin & Co.:518頁

ZALASIEWICZ, J. & WILLIAMS, M. (2008): 我們現在生活在人類世嗎? GSA Today,第18卷(2):4-8頁

ZALASIEWICZ, J. & WILLIAMS, M.; STEFFEN, W. & CRUTZEN, P. (2010): 人類世的新世界。 環境科學與技術,第44卷:2228-2231頁

線上資源

CBC (2010年4月24日): 人類世——人類的紀元。 (訪問日期:2011年7月22日)

My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

More by David Bressan
© .