海洋酸化嚴重威脅到珊瑚礁的生存
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。
臭氧層變薄與氣候變化間可能也存在著某種關聯
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。
淡水資源匱乏已成為全球性問題
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。
生態多樣性遭到巨大破壞
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。
5.氮磷循環
指標1：大氣年固氮量
臨界點：350萬噸
當前值：1210萬噸
評估：嚴重超標
指標2：海洋中所檢測到的年均磷流失量
臨界點：1100萬噸
當前值：90萬噸
診斷：尚未超過
氮是生命體不可或缺的重要組成元素，存在於每個活細胞當中，是構成DNA的4種基本元素之一。大氣中的氮經微生物的作用進入土壤，為動植物所用，最終又在微生物的參與下返回大氣，如此循環往復，以至無窮——氮的循環保證了地球生物圈最基本的一項物質平衡。
雖然地球大氣中氮的含量佔到近80%，但可供人類直接使用的卻少之又少。19世紀以前，農業所需的氮肥主要來自於畜糞和綠肥，人們在氮循環上還遵循著大自然原有的規律。1909年，這種天然的平衡終於被一位名為弗裡茨哈伯的德國化學家所打破。這一年，他發現了從空氣中製備出氮的方法，合成氨成了把「空氣變成麵包」的「神奇藥粉」。
時至今日，人類每年通過這種方法固氮的數量已超過了800萬噸。但由於農作物的吸收率極為有限，其中的絕大部分都會隨著地下水和河流進入海洋。加上汽車等交通工具以及熱電站所釋放的含氮汙染成分，人類每年向生物圈所排放的氮元素早已超出了地球處理能力的極限，達到了1210萬噸。
多餘的氮會導致土壤酸化，破壞土壤和微生物原先的氮循環能力。與此同時，溼地以及湖泊中高度飽和的氮還會產生富營養效應，使水生生物、植物異常繁殖、大量消耗氧氣，其所在水體會迅速成為「死亡區」。目前全球海洋中像這樣的區域已超過400處，墨西哥灣地區、波羅的海以及日本和韓國之間的水域都在其中，總面積近25萬平方公裡。
與氮相似的問題也同樣出現在磷上。目前，人類每年開採的磷礦有200萬噸，其中有一半以上最終會進入海洋，是自然循環量的8倍以上，這同樣會帶來水體的富營養化。
6.土地使用率
指標：用於耕種的非凍土比例
臨界點：15%
當前值：12%
評估：本世紀中葉將達極限
農業向自然生態系統尤其是熱帶雨林擴張的速度也同樣驚人。全球一半的熱帶雨林到目前已經消失，野生動物原先棲息的草原如今變成了帶有圍欄的現代化牧場。臨界點研究小組認為，農牧業的盲目擴張和城市化進程的加速是生態系統遭到破壞的另一大「元兇」，氣候變化以及水循環的破壞都與此相關。
雖然研究小組制定了用於耕種的非凍土比例不超過15%的標準，但專家們認為，人類土地安全同時還取決於一系列綜合衡量指標的執行程度，如生物多樣性與水文生態系統是否得到了合理的保護；農業生產在灌溉以及氮肥的使用上是否合理；城市的汙染是否得到了無公害化處理等。
二氧化碳濃度已超過臨界點
7.二氧化碳濃度
指標：大氣中二氧化碳濃度
臨界點：350ppm(百萬分比濃度)
工業化前水平：280ppm
當前值：387ppm
評估：超出極限
大量的歷史數據表明，大氣中的二氧化碳是地球升溫的罪魁禍首。通過燃燒化石燃料，我們已經讓大氣中的二氧化碳濃度由工業化前的280ppm增加到了現在的387ppm。
當政客們還在為地球到底能容納多少二氧化碳而爭論不休時，世界頂級氣候科學家之一、美國宇航局戈達德空間研究所主任詹姆斯漢森卻發出了「我們的排放水平早在20年前就已經超標」的驚人言論。那時，地球大氣中二氧化碳濃度為350ppm。
有人會說，既然臨界點早已超過，為什麼我們還好好的活著？
臨界點研究小組給出的答案是，從長期來看，二氧化碳濃度的變化是一個逐漸積累的過程，其具體結果也會通過間接的形式顯現。超過臨界點並不意味著一定會發生重大的災難，但它意味著一種從「可能」到「必然」的轉變。
不少人認為地球的平均氣溫只有在升高5攝氏度或6攝氏度時才會發生生態危機，而現在只上升了不到2攝氏度，還有4攝氏度到5攝氏度的空間。而實際的情況是，2攝氏度可能就是我們最後的機會，一旦超過2攝氏度，情況極有可能無法挽回。因為冰層的融化將使海洋和陸地具有更強的吸熱能力，最終使永凍層融化，從而釋放更多的、比二氧化碳更強的溫室氣體——甲烷。因此，全球變暖的形勢比原先預計的更加緊迫，目前大氣二氧化碳的濃度已經達到危險值，應採取必要行動使之回到350ppm或更低水平。
8.氣溶膠濃度
指標：尚無
臨界點：未知
人類通過燃燒煤炭、畜糞、木材和作物秸稈製造了大量的粉塵，這些固態或液態的顆粒物在氣流運動的作用下會懸浮在大氣當中，科學家把這種煙霧狀物質稱為氣溶膠。除人類活動外，自然活動也會產生氣溶膠。據測算，目前地球大氣中氣溶膠的濃度已比前工業化時代多出了一倍以上。
氣溶膠粒子具有分布不均勻、變化尺度小等特點，多集中於大氣的底層，對降水的形成起重要作用。有研究已經證實氣溶膠甚至能對東南亞的季風和雨量產生影響。此外，包含大量化學成分的氣溶膠還能對植物和人類的健康產生直接影響，從而造成作物減產和人類呼吸系統疾病，嚴重時甚至能直接導致死亡。
研究小組稱，氣溶膠的化學組成十分複雜：微量金屬、無機氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽甚至微生物或生物大分子都有可能包含其中。因為來源不同、形成過程不同，對環境的影響也很難準確評估。例如，主體成分為硫酸鹽的氣溶膠會具有反射太陽輻射的作用，從而產生製冷效應；主體成分為煙塵的氣溶膠則會吸收太陽輻射，導致溫室效應。因此，就全球範圍而言，這些微粒的綜合作用目前還無法判斷，也無法給出臨界點。
人為排放和化學汙染是人體健康的「殺手」
9.化學汙染
指標：尚無
臨界點：未知
今天，全球已有近10萬種各不相同的人工化合物，數以百萬計的化合物產品和數不清的化工副產品。
我們都知道化學品尤其是重金屬類有機化合物和放射性化合物會對人類和其他生物的健康造成嚴重危害。但目前的實際情況是，只有少數化學品得到了嚴格控制[《斯德哥爾摩公約》就對DDT、狄氏劑等農藥以及六氯苯(HCB)和多環芳烴(PCBs)等工業化學品的排放和使用進行了嚴格限定]，更多的人工化合物的有害性尚不明了，在使用上也未加任何限制。此外，一些在個體上已被證實了無毒無害的化合物，經過相互反應後也同樣可能產生毒副作用。
臨界點研究小組發現，兒童自閉症和多動症極有可能是在大範圍接觸過各種低濃度的化學物品後所產生的一種「雞尾酒效應」。他們稱其為「一種在無聲中流行的神經系統紊亂症，極有可能在全球範圍內普遍存在」。
雖然一個包羅萬象的「化學品臨界點」極有價值，但研究小組認為，就人類目前的科學和認識水平來說，現在對此加以設置還為時過早。
經過上述列舉，我們能很清楚地發現：9個臨界點中有3個已被嚴重超出、3個正在迅速接近，其餘3個中的2個由於認識程度的限制目前還無法評估。這樣一來，我們手中就只剩下了臭氧層這一張底牌。雖然臭氧空洞還仍舊存在，但同時應該看到的是：在經過一番努力之後，我們已從懸崖邊成功地後退了幾步。這至少說明了這樣一個問題：只要肯拋棄分歧、團結一致，我們就還有挽回的餘地。(王小龍）(來源：科技日報)