人类已经从根本上改变和破坏了地球。但一些新思路和新举措可以阻止我们继续破坏我们赖以生存的家园。
别再管什么银行和汽车制造业了，我们的地球才是一个真正大到不能衰败的系统。然而，近几个世纪以来，人类正在耗尽这个星球上的资源，并让她无时无刻不在承受我们生产的垃圾，当一个地方水资源枯竭，或是环境被污染，人类所做的仅仅是迁往一个新地方。但是现在，我们已经无法延续这种已经使用了数千年的策略了。科学家、社会思想家以及全球民众都已经意识到，人类业已将这个星球原本的自然属性变成了工业属性，为了生存，我们现在必须重新将她改造成一个可持续发展的星球。
那么，有什么救急计划呢？第一步，我们必须明确地球系统到底有多么接近“崩溃”。环境学家乔纳森·福利(Jonathan Foley)为我们介绍了一项大型国际间合作，这个项目可以为那些关键的环境进程计算安全阈限，例如气候变化、海洋酸化等等，如果我们不对这些状况加以控制，它们就会渐渐破坏地球的可持续发展。计算出来的临界值可能还需要微调，但是通过了解这些进程，我们可以知道如何寻找解决方法。本期《环球科学》 第24 页，《科学美国人》邀请了8 位专家来详谈他们在修复地球方面的策略。
这些修复手段或许可以暂时延缓环境恶化的趋势，但恐怕无力根治。在美国米德尔伯里学院(Middlebury College) 驻校学者(scholar in residence) 比尔· 麦吉本(BillMcKibben)看来，导致地球崩溃的罪魁祸首正是现代社会的驱动力——人们对经济增长无穷无尽的需求。麦吉本撰写的新书即将出版，在本期《环球科学》第28 页，我们独家摘录了这本新书中的观点，即人类现在应该放弃继续发展，并重新制定政策，对各种资源进行有效地保护。批评家认为麦吉本的想法太不切实际，在第34 页，《科学美国人》 编辑马克·菲谢蒂(Mark Fischetti)抛出了这些质疑，看看麦吉本如何回应吧。
为地球设置健康警戒线
科学家对一些关键的环境过程设置了警戒线。如果超过这个警戒线，地球的生境将受到极大威胁。不幸的是，警戒线已被突破。
临界点
● 除了已经受到足够重视的气候变化以外，物种丧失和氮污染也远远超出了它们的安全阈值。其他的环境过程也正在接近危险的边缘。
●迅速采用低碳能源、遏制土地光秃、变革农业措施，对于实现地球和人类的可持续发展至关重要。
自全新世人类文明诞生开始，在将近一万年的时间里，我们的世界看上去似乎辽阔得难以想象。辽阔的陆地和海洋有着无限的资源，人类可以随意污染，也可以简单地通过迁居来避开局部的环境约束。人类用他们的开拓能力建造了帝国和经济体系，他们可以开采的财富似乎取之不尽，用之不竭。
人类从未想过这种肆意妄为会有终结的一天。然而，公共健康领域的成就、工业革命，以及后来的绿色革命，使全球人口从1800年的10 亿猛增到现在的将近70 亿。仅在过去的50 年中，世界人口数量就翻了一番。在财富的助推下，我们对资源的利用达到了令人惊愕的水平。50 年来，全球的食物和淡水消耗增加了两倍，化石燃料增加了三倍。这个星球所有光合产物的1/3 到一半都已经被我们利用了。
这种肆意的经济增长还使污染从一个局域性问题发展成一个全球性问题。平流层臭氧耗尽和温室气体浓度就是最为明显的例证，但是其他的不利影响也在加剧。
人口激增、资源损耗和环境破坏已经改变了我们的地球。我们现在好比生活在一个“满载”的世界，资源有限，吸收废弃物的能力也有限。在这样一个世界里生活，遵循的规则当然也有所不同。最根本的是，我们必须采取措施以确保我们的行为活动是在环境系统的“安全操作空间”之内。如果我们还不调整自己的行为方式，将会给人类带来灾难性后果。
是什么引起了这样的变化？我们又该如何避免呢？最近，瑞典斯德哥尔摩应变中心(Stockholm Resilience Center)的约翰·罗克斯特伦(Johan Rockstrom)领导的一个国际小组［成员来自欧洲、美国(包括本文作者)和澳大利亚］正在为一个更大的相关问题寻找答案：我们是否正在接近地球的“临界点”？越过这些临界点，就会把全球环境推向一个人类历史上从未出现过的危险境遇。
在仔细考察了关于物理和生物系统的无数跨学科研究成果之后，我们小组确定了9个环境过程，可能会扰乱地球供养人类生命的能力。对于这些过程，我们可以设置一个界限，在这个界限内，人类的活动是安全的。其中7 个过程有清晰的界限( 见下图图表)，可以用数据进行科学的界定(当然这些数据也有某些不确定性)。其中3 个——气候变化、海洋酸化和平流层臭氧消耗代表了引爆点或翻转点(tipping point)，其他4 个界限则表示不可逆转的衰退。剩下的两个环境过程——大气污染和全球化学污染，还未进行广泛的研究，因此尚未建立数值界限。
我们小组分析显示：有3 个过程已经突破了它们的临界点。它们分别是：生物多样性减少、氮污染和气候变化。其他所有过程也都在逼近它们各自的阈值。将来个别界限的数值可能还会细微调整，也可能会有其他过程新加进来，但这组阈值是对全球最危险环境问题的“顶极”总结，为如何应对这些威胁提供了一个思想框架。
化石燃料的困局
了解最紧迫环境问题的成因后，我们就可以找到线索去解决它们。例如，气候变化和海洋酸化问题原因是相似的，都是由于人类使用化石燃料，释放了CO2 到大气中。
气候变化。虽然我们的星球已明显受到了人类活动所导致的气候变暖的影响，将来还会受到更多的影响，科学家和决策者还是两极冰川消失、淡水补给中断，以及某些区域性气候系统的破坏。现在，CO2 的浓度已经达到了387ppm(单位体积浓度)，而温室气体达到何种水平会引起危险的气候变化，相关的争论还在继续，这暗示我们必须评估别人提出的CO2 临界值从350ppm 到550ppm 范围的各种CO2 浓度。我们的分析表明，为使地球远离气候翻转临界点，保守估计CO2 浓度应保持在350ppm 以下。为了达到这个目标，全世界必须立即采取行动稳定温室气体的排放，并在未来的几十年中持续减少温室气体的排放量，使之大大低于目前的排放水平。
海洋酸化。正在发生的海洋酸化是气候变化较少为人所知的“孪生兄弟”。随着大气中CO2 浓度不断升高，CO2 在水中溶解形成的碳酸总量也在不断增加，从而使海洋表面变酸。海水在自然状态下呈碱性，pH 值在8.2 左右，现在海洋的pH 值已经降低到8.0，并且还在降低。海水表层会形成的霰石(aragonite，又称全球文石，一种亚稳态的碳酸钙)，我们以霰石的下降水平来衡量海水酸化的程度。海洋食物链上的许多生物，从珊瑚虫到大多数浮游植物，都有赖于霰石来形成自身的骨骼和外壳。海水不断酸化将会使海洋生态系统和食物链严重衰退。这是迫使人们转向低碳能源的又一个原因。
食物生产的威胁
食物生产的威胁人类已经占用了地球上35% 的土地来种植和放牧，扩大农业生产是开辟新耕地的主要动机，这导致了对自然生态系统的破坏。由于人类的土地利用方式，几个全球性的临界点有相互交织在一起的危险。生物多样性丧失。土地开发正在导致地球历史上最为严重的物种灭绝。现在的物种灭绝速度是有地质记载以来正常物种灭绝速度的100 到1,000 倍。全世界从陆地到海洋生态系统，物种多样性都在以这样的速度丧失，这会破坏区域和全球尺度的生态系统过程。我们必须花更大的力气来保护生物多样性，尤其是在敏感的热带雨林地区。一些行动计划，比如联合国的“减少毁林和森林退化的排放计划”(Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation，简称REDD)筹集资金减少热带雨林的砍伐，可以同时应对生物多样性下降和碳排放两个问题，将非常有效。
氮磷污染。化肥的广泛使用使地球的化学过程陷入混乱。地球上每年1.33 亿吨氮和1 000 万吨磷的使用量使环境中的氮磷量翻了一番。两者都在造成广泛的水体污染，使无数的江河湖泊退化，形成很大的缺氧“死亡区域”，严重破坏近海生态系统。因此我们需要一种新的农业方式——既能增加食品生产，又可保护环境。
淡水损耗。在全球范围内，我们每年从河流、湖泊和地下蓄水层抽取的淡水高达2 600 立方千米， 用于灌溉(70%)、工业(20%)和家庭用水(10%)。这就导致很多大的河流流量减少，有些甚至已经完全干涸。标志性例子就是，美国科罗拉多河已经断流，亚洲中部咸海的大部分地区也已经沙漠化。将来对淡水的需求会更为巨大，只有通过技术的大改进，提高全球水资源的利用效率，尤其是灌溉效率，才能帮助我们避免更严重的水资源短缺。
本文作者
乔纳森·福利是美国明尼苏达大学环境研究所主任，作为一个有大气科学背景的科学家，他的研究工作主要集中在土地利用、农业与全球环境的相互关系上。
本文译者
曹志平，中国农业大学资源与环境学院生态系教授，博士生导师。主要从事土壤生态学的研究工作，侧重于农业生产与土地利用方式对土壤生物多样性和生态系统功能的影响。
靳红燕，中国农业大学资源与环境学院生态系硕士研究生，从事日光温室蔬菜根结线虫病的研究。
李钰飞，中国农业大学资源与环境学院生态系硕士研究生，从事不同土地利用条件下土壤线虫群落结构的研究。
编辑：黄德利