對人類而言，地球迄今仍然是個得天獨厚的樂園。過去一萬年以來，人類在農業、工業、科技以及文化上所取得的絕大多數成就都發生在一個十分溫和的時期。在地球自然系統的調節下，這個時期的地質、氣溫以及環境都維持在一個相對平穩的範圍內，沒有太大的波動。較之此前的「更新世」和「上新世」，這一萬年的「平靜」實屬難得，因此，學者們將其稱為地球的「全新世」。
自18世紀末人類進入工業化時代起，人類又進入了一個被稱為「人類世」的新時期。在這個時期，人類逐漸從大自然手中奪過了「船舵」，成為了這個星球的新主人：地球上所有的系統由人定義、受人統治。但當人類雄心勃勃「向大自然宣戰」、渴望「戰勝自然，徵服世界」的時候卻發現其實一開始我們就錯了——人與自然間本是共生共贏的手足，而非你死我活的仇敵。
可惜的是，至今還有不少人沒有意識到這一點，他們仍舊沉迷在「與天鬥其樂無窮」的自我膨脹當中。近年來，能源告急、資源告急、環境告急……全球近70億人的需求幾乎要把地球推向崩潰的邊緣。
通過直觀感受，一部分人逐漸意識到了氣候變化所帶來的嚴峻威脅，但這遠遠不夠：環境汙染、海洋酸化、物種滅絕等其他問題的嚴重程度絲毫不遜於此。在這樣的情況下，不少人都發出了「照這樣下去地球到底還能持續多久？」「地球的承載能力有無極限？」「人類還有多大迴旋餘地？」這樣的疑問。
2009年，瑞典斯德哥爾摩環境研究所所長約翰·羅克斯特倫與來自環境、地球系統領域的28位國際專家組成了一個研究小組，對上述問題作出了回答。該團隊的成員包括1995年諾貝爾化學獎得主保羅·克魯岑、美國宇航局氣候學家詹姆斯·漢森、蓋亞學研究員和「臨界點」專家蒂姆·萊頓以及德國總理首席環境顧問漢斯·喬吉姆·舍倫伯等。
根據對地球系統的科學認識，研究小組確定了9個對人類生存至關重要的「地球生命支持系統」，並對目前人類的消耗水平和系統的「臨界點」進行了量化和評估。研究人員警告稱，一旦9個臨界點全部或者大部分被突破，人類生存環境將面臨「不可逆轉的變化」，此後的地球將不再像今天這樣的「和藹可親」。
羅克斯特倫稱，由於認知水平的限制和大量不確定因素的存在，這些「臨界點」目前還只是一種「粗略的估計」。但相對警示而言，我們更應將其看作是一個喘息的時機，一個改變的機會。因此他更願意將這些「臨界點」定義為「人類生存發展的安全空間」。
1. 海洋酸化
指標：全球文石(也稱霰石，是一種亞穩態的碳酸鈣)飽和度比率
臨界點：2.75∶1
工業化前水平：3.44∶1
當前值：2.9∶1
評估：本世紀中葉將有部分海洋超出警戒線
直到10年前，海洋酸化還是個很少有人提及的新鮮話題。但隨著大氣中二氧化碳的日漸增多，海洋酸化和氣候變化一樣也成了我們不得不面對的難題。數據顯示，自工業革命以來，全球海洋淺層海水的pH值已由8.16下降到了8.05。其實，酸化本身並不是主要問題，真正嚴重的是由其引起的連鎖反應。
淺層海水中碳酸鈣飽和度的降低便是其中最讓人擔心的一點。雖然就目前而言還不是特別嚴重，但一旦其低於某一閥值，像海螺、珊瑚這樣以碳酸鈣為主要發育條件的外骨骼海洋生物就將面臨被海水溶解的風險。
至今為止，全球海洋文石飽和率已經從工業化前的3.44∶1下降到了現在的2.9∶1。這意味著目前仍有3倍於極限值的文石能抵消海洋酸化對外骨骼類海洋生物的影響，但前提是不考慮地域差異因素。最近的研究表明，位於地球兩極的海洋文石飽和率極有可能在2050年左右下降到1∶1以下。
沒有人知道在這之後會發生什麼。目前能想到的情況是：珊瑚等生物大面積滅絕；沒有生命的海洋從大氣中吸收二氧化碳的能力大幅下降，地球也將變得更熱。為了預防這種情況的發生，臨界點研究小組將海洋酸化的安全下限確定為2.75∶1。
海洋酸化嚴重威脅到珊瑚礁的生存
2. 臭氧濃度
指標：平流層臭氧濃度
臨界點：276個多布森單位
當前值：283個多布森單位
評估：安全但亟待改善
即便在今天看來，上世紀70年代開始的臭氧層空洞研究仍是環境科普的一個典型案例。早在上世紀70年代，包括保羅·克魯岑在內的3位科學家就提出了全氯氟烴會嚴重損害地球臭氧層的問題。1985年，英國南極探險隊隊長法曼更是以親身經歷證明了南極上空每年9月—11月都會出現「臭氧空洞」這一事實。1987年9月16日，24個主要工業國籤署了《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》，要求逐步停止使用危害臭氧層的化學物質。隨後在媒體的大聲疾呼和政府的高度關注下，拒絕全氯氟烴類產品、保護臭氧層逐漸成了人們的共識。1995年，提出這一問題的3位科學家也被授予了諾貝爾化學獎。
時至今日，臭名昭著的氟利昂等化學物質已被禁用，危機似乎已經過去。取而代之的是今天人所共知的全球變暖問題。但近幾年的研究發現，臭氧層變薄與氣候變化間可能也存在著某種關聯。研究稱，隨著大氣中二氧化碳濃度和地表溫度的增高，接近地表對流層的溫度也會隨之上升。對流層溫度的升高又會導致平流層溫度的下降，這一系列連鎖反應最終會導致破壞臭氧層的化學反應加速。因此，雖然目前臭氧層的厚度還在安全範圍之內，但我們仍不可掉以輕心。
臭氧層變薄與氣候變化間可能也存在著某種關聯
3. 淡水消耗量
標準：淡水年消耗量
臨界點：4000立方公裡
當前值：2600立方公裡
評估：本世紀中葉將達極限
通過築壩等水利工程，人類目前已成功控制了世界上大多數河流，但不幸的是，在此之後其中有近3成已不能到達海洋，成為了時澇時枯的季節河。水資源匱乏已開始成為我們不得不面對的全球性問題。
位於哈薩克斯坦與烏茲別克斯坦交界的鹹海就是一個典型的例子。1960年時的鹹海曾是世界第四大內陸湖，面積68000平方公裡、水量1100立方公裡。但在那之後，隨著工業和農業用水的急劇增加，鹹海水位不斷降低、面積持續縮小。1998年，鹹海面積下降至28687平方公裡，排名下降為第八，含鹽量從10克/升增至45克/升；2004年，排名降至第15位的鹹海水量不足200立方公裡，面積只剩下原本的四分之一；2007年，鹹海的萎縮仍在繼續，面積只剩下了最初的10%。隨著水面面積的不斷縮小，降水也隨之減少，鹹海的含鹽量逐漸增多，大批魚類死亡，以漁業為生的漁民們也不得不紛紛改行。
臨界點研究小組建議將人類每年淡水消費量的上限設定在4000立方公裡。雖然目前2600立方公裡的用水量離該上限還有相當大的距離，但考慮到世界日益增多的人口和農作物灌溉需求，羅克斯特倫認為，從現在起就應大幅減少非糧食作物的灌溉用水，以緩解人畜用水短缺。
4. 生物多樣性
指標：百萬物種年滅絕數量
臨界點：10
當前值：100
評估：嚴重超標
人類在地球上的大肆擴張使不少物種都走到了絕境。對野生動物棲息地的開發阻斷了動物的遷徙路線，帶來了老鼠、雜草等外來物種；工業汙染讓原本平靜的自然環境不堪重負；捕獵使野生動物的數量急劇減少；人類活動所導致的氣候變化讓野生動物成為了無辜的受害者。
2009年底，國際自然保護聯盟的報告顯示，其評估的44838個物種中，有16928種達到了瀕臨滅絕的狀態，其中包括八分之一的鳥類、五分之一的哺乳動物、四分之一的珊瑚和三分之一的兩棲類動物。世界自然基金會發布的地球生命指數評估結果也同樣讓人痛心：1686種脊椎動物的種群數量，僅在從1970年到2005年這30多年間就下滑了30%。
僅就單個物種而言，其作用或許不值一提，但若將其放置在整個生態系統中觀察，你就會發現每個物種都是自然界獨特、不可或缺的一個重要組成部分。如有的回收廢物，有的清潔水源，有的吸收二氧化碳，有的則保證海洋的化學平衡。
雖然我們知道生物多樣性對健康的生態環境而言至關重要，但到現在為止，科學家們尚不清楚物種數量低至何種程度才會導致生態災難，也不清楚哪一種物種在其中起著關鍵作用。因此，研究小組將生物的自然滅絕率——10作為這一子系統的臨界點。顯然，現在我們已經嚴重超標。