若要进入“人类世”就要摆脱“温室地球”的命运!

文章作者:bianji3 | 2018-08-22
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  “人类世”的概念核心在于,人类活动的影响已经超过了自然变化的影响,尤其是自工业革命以来,人类在土地利用、建坝挖河、水资源利用等方面改变了地球的面貌和环境,最为重要的是,人类活动改变了大气成分,化石燃料巨量燃烧造成大气中温室气体浓度飙升,改变了气候变化的方式,从此地球的历史演变进入了全新的阶段。进入“人类世”,人类的第一生存要义,就是摆脱“温室地球”的命运。

  “人类世”的气候挑战

   根据对两极冰芯的分析,自从进入第四纪(Quaternary)以来,随着地球轨道参数的变化,地球大概维持着10万年左右的周期,进行冰期-间冰期-下一个冰期-……的循环。自从1.2万年前进入全新世(Holocene)以来,地球进入温暖的间冰期,高纬度冰雪消融,海平面上升,农业和生产工具的不断进步,促进了人类社会的繁荣发展。

   全新世里,人类成为地球系统演变里不可忽视的力量,甚至成为重要的改变因子。人类活动已经改造了至少50%的陆地表面,对生物多样性、土壤结构和气候都造成了重大影响。人类每年向大气排放1.6亿吨二氧化硫,这是所有自然排放量的两倍以上。人类化石燃料的燃烧产生的氮氧化物总量,远远超过自然过程的排放量。人类活动引发的风化率比自然风化率高出一个数量级。最重要的是,人类活动引起大气中温室气体量飙升,目前大气中CO2浓度达到410ppm,这比过去80万年任何时候都高,目前的地球气温几乎和第四纪里间冰期的历史最高温度一样高。

   2018年8月6日,澳大利亚国立大学、瑞典斯德哥尔摩大学、丹麦哥本哈根大学和德国波茨坦气候影响研究所等研究机构的科学家在《美国国家科学院学报》发表文章,分析了“人类世”里地球气候系统的可能演变轨迹。他们指出,在全球变暖的过程中,地球系统存在不少的临界点,如果超过这些临界点,会容易引起“多米诺”骨牌式的正反馈过程,突破一个个临界点,会使得地球气候系统脱离冰期-间冰期的循环,最终导致“温室地球”(Hothouse Earth)时代的到来。在“温室地球”状况下,全球平均气温较工业革命前高4-5度,这将超过数百万年间冰期的最高温,甚至比中新世时期温度还高,海平面比今天高10-60米。

   在“人类世”里,在不进行大规模减排及积极应对的状况下,全球温度的升高可能会导致地球气候系统摆脱第四纪冰期-间冰期的周期变化,持续的温度升高和海平面升高,使得地球进入“温室地球”(Hothouse Earth)状态,全球应该共同努力避免这一结局,控制全球升温在1.5-2℃之间,进入到“稳定地球”(Stabilized Earth), 研究人员提出了至少10个可能加剧全球变暖的地球系统变化。

  地球系统本身的演变包含着众多的正负反馈机制,人类每年通过燃烧化石燃料排放400亿吨二氧化碳,其中大约一半被海洋、树木和土壤吸收并储存。然而,我们正通过砍伐过多的树木、大量土壤退化、超量使用水资源,排放过量的二氧化碳,把自然系统的调节潜力推到极限,而一旦越过极限,自然过程的作用有些可能会发生逆转。

1970年以来,25%的亚马逊雨林已经消失

   大规模热带雨林的存在,本身能够调整湿度和降水分布,即使短暂脱离平衡,也可以通过自身的调整恢复过来,使得自身的生态系统保持平衡。然而如果持续升温,这种机制就会慢慢变弱,一旦全球升温3摄氏度,可能使40%的亚马逊雨林“顶梢枯死”,这一过程一旦开始,就无法恢复,热带雨林会逐渐退化成稀树草原,在这一过程中释放出大量的碳,进一步加剧温室效应。

   冰雪在地球气候系统中起到重要的作用,南北极海上浮冰的存在,反射了80%的太阳短波辐射,调控着进入地球系统的能量,然而如果增温导致浮冰融化消失,太阳辐射会直接进入海洋,使得海水温度升高,进一步引起更高的全球温度升温,更高的升温反过来引起更严重的冰雪消融,通过冰雪-辐射的正反馈机制,加剧全球增温。据估计,到本世纪中叶,北冰洋夏季将出现没有浮冰的状况,届时冰雪-辐射的正反馈机制会推高全球温度的走势。

   在俄罗斯、加拿大、欧洲北部等地区的永久冻土层内封存大量甲烷和二氧化碳,甲烷所产生的温室效应能力大约是二氧化碳的25倍,一旦地球温度升高,导致寒冷地区的冻土融化,就会导致甲烷释放,而随着全球增温的加剧,高纬度的野火发生频次也进一步增加,在极端情况下,也有可能导致大面积过火,从而引起冻土融化,释放甲烷,加强火势并进入大气层,引起更强的温室效应。

   森林和植物一直被看做是碳汇,随着大气CO2浓度的升高,会使得植物生长更为茂盛,进而吸收更多的二氧化碳,然而这个关系并不稳固,随着温度的增加,过高的植物叶面温度会导致光合作用效率降低,并且随着温度增加,土壤中微生物的呼吸作用会增强,这会把更多的土壤碳释放进大气。对于植物,更大的风险在于,随着温度增加、副热带地区降水减少及干旱区的扩展,北半球中纬度森林的南部区域容易受干旱的影响,从而导致植被的退化,从针叶林转变为干旱的草原,这些都会降低森林和植物作为碳汇的作用,甚至作用会反过来,成为碳排放的来源之一。

   这些正反馈机制的临界点可能并不相同,有高有低,然而当一个临界点被触发之后,可能会像“多米诺”骨牌一样,就会推动地球系统倒向另外一张牌,而要阻止整排“多米诺”骨牌的倒下将会异常困难,甚至是不可能的,当最终地球气候系统滑向“温室地球”,地球上许多地方的宜居性将大打折扣。洪涝地区的暴风雨强度和频次将大大增强,而全球范围内的干旱和酷暑也会更加剧烈,如果西南极洲和格陵兰的冰盖融化,大量淡水注入海洋,会导致全球海平面上升13米;而一旦东南极洲的冰盖融化,海平面还会再上升12米,这种结果是毁灭性的,因为全球三分之二的特大城市处于海拔低于10米的区域,全球80%的人口生活在距离海岸线100公里之内。

海平面上升将引会使得全球三分之二的特大城市处于危险之中

  如何应对?

   如果全球温室气体排放继续“一切照旧”,那随着全球温度的持续升高,气候系统的关键的临界点必然会被一一触发,从而最终导致“温室地球”的悲惨命运。因此,应对之策首先就是要改变“一切照旧”的发展方式和生活方式,采取更加积极的应对策略。

   地球温度已经比工业革命前高1.1摄氏度,并且依然保持加速升温的势头,这已经使得气候系统再难以恢复第四纪冰期-间冰期的周期循环,另外一方面我们要努力避免地球进入到温室地球中,而让气候平衡到“稳定地球“可能是唯一的选择,虽然这个状态也许不是气候系统内在的平衡态,但是在“人类世”人类活动的参与下,有可能会实现这样一个稳定状态,在这个稳定状态里,温度和海平面温度几乎是冰期间-冰期循环里最高的数值,但是却避免了触发各种气候临界点,从而保持气候的稳定性。

   以《美国国家科学院学报》这篇文章来看,全球气候系统陷入气候临界点的逐级崩塌,大概是在升温到约2摄氏度时,在此之前气候的演变经过分叉点,一条路通往“温室地球”的深渊,一条路可以走向“稳定地球”,这取决于人类如何应对。应对措施有效是在分叉点之前,一旦气候越过分叉点,应对的难度就非常大,甚至是无能为力的。要尽可能提高避免进入这种“温室”状态的可能性,人类对待地球的态度必须有根本改变——从“过渡开采”模式转为“有效管理”模式。

   全球温度增加是的“人类世”的气候系统摆脱了第四纪的冰期-间冰期循环,然而如果应对不及时,气候系统可能会滑向“温室地球”的深渊,“温室地球”和“稳定地球”之间的分叉点大概在地球增温2℃左右

   人类当然不会坐以待毙,应对的策略在过去30年里被反复讨论,在上面三种思路里,大幅度减少温室气体排放是最优先的选择,同时保护热带雨林、森林和海洋生物多样性,而气候工程大都得失参半,副作用明显。例如,往平流层播撒硫酸盐气溶胶,理论上可以降低到达地表的太阳辐射,但是很有可能引起全球水循环的改变,造成海洋和生物圈的损失与退化,并且很有可能引起臭氧损耗,使得到达地表面的紫外辐射增强,这也是严重的气候灾害,而且还无法抵消温室气体升高造成的海洋酸化,另外全球范围内的气候工程,一般都规模巨大,经济和环境上并不可行。

   大幅度减排并不是一件容易的事情,需要在全球范围内构建共同的价值观、原则和框架,甚至教育体系,从本质上讲,人类社会构建有效的地球系统管理是实现“稳定地球”的基础。

   当然这将会是一个非常复杂与综合的变革,除了全球治理层面上制度和社会创新以外,还需要全球范围内人口、消费、教育、行为等的变革,这需要数十年才会取得效果。另外,全球低碳化发展,需要技术进步的加速发展,太阳能和可再生能源在一次能源消费中的比例增加,也使得未来低碳发展的能力增强,然而这距离大幅度减少碳排放还有很大的距离。

   目前全球的经济发展是建立在高碳排放量和开发性资源利用的基础上的,为了远离气候系统的众多临界点,低碳发展和循环经济成为必由之路。减少碳排放的第一目标应该是到2050年完全停止碳排放,并在此基础上做得更多。不仅要减少温室气体排放,还要创造新的碳储存方式,比如,通过改善和种植森林、改良农业和土壤管理方式、保护生物多样性和开发新技术来消除空气中的二氧化碳;并研发将二氧化碳从大气中去除并储存在地下的技术。但是当各个国家都打着自己的“小算盘”的时候,这就成了几乎不可能完成的任务。

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