科學家已經為地球的主要環境指標設置了安全極限，如果打破極限，將可能威脅地球的可居住性。不幸的是，已經有三項指標的極限被打破了。

大約在1萬年的時間里——從進入文明社會和全新世代（地質年代名稱）開始——我們身處的世界似乎巨大得讓人難以想象。陸地和海洋的廣闊邊疆為我們提供了無限的資源。人類能夠恣意地污染環境，同時他們能夠避免當地環境污染引起的后果，因為他們只需要遷移到別的地方就可以了。人們依靠他們的能力去開發那些似乎用之不竭的資源而建立了整個帝國以及經濟系統，卻永遠沒有意識到這一特殊權益將走向盡頭。

不過多虧了公共衛生設施的發展，經歷工業革命和隨后的綠色革命后，全球人口從1800年代大約10億人猛增到今天接近70億人的規模。僅僅在過去50年內，我們的人口數量就增加了一倍多。被經濟的富足所消耗，我們對資源的使用也已經達到了令人難以想象的水平。在過去50年，全球的食品與淡水消耗量翻了三倍多，同時化石燃料的使用已經上升到50年前的四倍。我們現在被迫在地球上所有光合作用的1/3與1/2之間徘徊（已消耗了1/3，消耗量正在往1/2的方向靠近）。

這種不計后果的肆意增長已經使環境污染從一個地區性問題升級成一個全球性議題。平流層臭氧損耗以及溫室氣體的排放是明顯的并發癥，但是還有其他很多有害的影響正在慢慢凸顯出來。

環境污染速度、資源消耗率與環境破壞程度的突然上升，已經徹底改變了地球。我們如今居住在一個“擁擠”的世界里，而資源和容納垃圾的能力卻有限。在這樣一個改變了的地球上生存，生存法則也必將不同。最基本的，我們必須采取措施以保證我們是在我們環境系統的“安全活動空間”內活動。如果我們不改變我們目前的模式，我們將引起災難性的變化，這些變化可能會給人類造成毀滅性的后果。

安全空間的9項指標

黑海的大范圍水華（靠近圖片底部的綠色漩渦）是由多瑙河（圖片底部）將農業流失物帶入進來而產生的。農業流失物殺死了水生生物——自然的關鍵環境指標之間相互關聯的一個實例，在這個案例，農業流失物最終影響了土地使用與生物多樣性。

那么什么將導致這些變化呢？同時人類如何能避免它們呢？一個由全球科學家組成的研究團隊，由瑞典斯德哥爾摩復原中心的約翰·羅克斯特倫（Johan Rockstr?m）領銜，同時包括來自歐洲、美國（包括我）和澳大利亞等地的科學家，最近通過回答一個更大的相關問題來回答上述問題，即人類是否正在接近地球的“臨界點”？超過這一“臨界點”將把全球環境推向一個全新的、史無前例的危險之地。

在考察了很多物理學生物學交叉學科的研究后，這個團隊確定了9個環境指標，破壞它們可能會瓦解地球承載人類生命的能力。然后他們為這些指標設置了安全極限——在這個極限之內人類能夠安全地活動。其中七個指標有確定的極限值，即一個經過科學定義的數值（當然，也有某些不確定性）。其中有三個指標——氣候變化、海洋酸化和對流層臭氧損耗——體現了這個“臨界點”，同時其他四個指標意味著不可逆轉的惡化已經開始。還有剩下的兩個指標——大氣懸浮顆粒污染和全球化學污染——沒有被廣泛地研究，所以它們的極限目前還沒有設置。

關鍵的環境指標應該維持在特定的極限以內，否則人類賴以生存的安全活動空間將會受到威脅。圖中的陰影代表每個指標從工業化之前的水平開始上升，到現在為止達到的數量。其中生物多樣性損失、氮循環和氣候變化這三個指標已經超出了極限。（把氮和磷循環放在一起，是因為它們常常同時發生）（譯注：1.多布森單位，1個多布森單位指標準大氣壓下千分之一厘米的臭氧層厚度，當臭氧層厚度低于220個多布森單位時，臭氧層便出現空洞；2.文石，一種碳酸鈣，文石的飽和度與不斷升高的二氧化碳水平有關）

這個團隊的分析顯示三個指標已經超出了極限：生物多樣性損失、氮污染（富營養化）以及氣候變化。同時其他所有的指標都在靠近其相應的極限。個別指標的極限數值可能需要微調，同時未來可能還有其他指標會加入進來；但是這些設定值代表了對世界上最危險的環境條件的首次總結，同時也為我們思考如何控制環境威脅提供了一個思想框架。

化石燃料并發癥

理解人類最為緊迫的環境問題的起因，將為我們解決這些問題提供線索。在兩項指標中——氣候變化和海洋酸化——有一個驅動因素實在太相似了：人類對化石燃料的使用，這個燃燒過程向大氣中排放了大量的二氧化碳（CO2）。

氣候變化。雖然我們的星球已經遭受了由人類導致的嚴重健康警告，同時未來將可能遭到更多的此類警告，科學家和決策者正在尋求能夠避免造成最大的毀滅性后果的途徑，這些可怕的后果包括極地冰蓋的消融、淡水供應的衰弱以及區域氣象系統的崩潰。CO2的含量已經達到387ppm（百萬分之幾。是按體積計，常用的計量單位），同時關于所有溫室氣體將導致氣候變化的危險程度的爭論還在繼續；CO2安全極限的建議值在350ppm到550ppm之間。在科學家的分析中，設置了一個保守的、長期的極限值350ppm，以使地球遠離氣候臨界點而良性運轉。為了從目前的387ppm下降到極限值以內，世界不得不立即采取行動來穩定溫室氣體的排放，并在未來幾十年內，大體上下降到目前的水平之下。

海洋酸化。持續不停的海洋酸化是氣候變化的一個較少人知道的孿生兄弟。隨著大氣中CO2含量的上升，以碳酸形式溶解到水中的CO2的量也在上升，這使得海洋表面的酸性升高。海洋天然的基本pH值大約是8.2（譯注：pH 酸堿度，中性時pH=7；酸性小于7，越小酸性越大；堿性大于7，越大堿性越強。所以也可知海水是咸的），但是有數據顯示海洋的pH值已經降到了大約8.0的程度，并且還在繼續下降（酸化）。科學家的團隊用來量化這種改變導致的損害的度量標準是海洋表層的“文石”（aragonite）水平的下降（文石，一種碳酸鈣，文石的飽和度與不斷升高的二氧化碳水平有關）。許多生物——從珊瑚到大量的浮游生物，這些生物都處于海洋食物鏈的底層——都依靠文石來建立它們的“骨架”或者貝殼。上升的酸性可能會嚴重地弱化海洋的生態系統與食物網，這為地球上的國家提供了另一個具有說服力的理由，以從現在的經濟模式轉型到一種低碳能源的未來模式上。

食品生產引起的危險

人類為了種植作物和放牧已經占用了地球35%的土地，同時擴大農業是開辟新耕地的首要動機，而這正在摧毀天然的生態系統。因為人類的土地使用實踐，幾項指標的安全極限正處在被逾越的危險境地：

生物多樣性損失。土地開發正在制造地球歷史上最大規模的物種滅絕之一。我們現在損失生物物種的速度比地質記錄上能看到的天然背景性的滅絕率要快100到1000倍。這種物種損失率在全球陸生和海生生態系統中都能發現，并可能會逐漸損害區域與全球規模的生態過程。保護生物多樣性的努力，尤其是對敏感的熱帶雨林的保護，需要得到更多人的關注。諸如聯合國減少森林砍伐與森林退化導致的排放量計劃（U.N.’s Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation program，簡稱REDD）等組織提出的倡議，發展起了基金會來減緩對熱帶雨林的開墾，同時能夠致力于生物多樣性下降與碳排放等問題，而且這樣的效率很高。

氮和磷污染。工業化肥料的廣泛傳播已經擾亂了地球的化學組成。化肥的使用使環境中氮和磷的循環量增加了一倍多，分別達到每年133百萬噸氮與10百萬噸磷的循環率。這兩種循環通過創造大型的、含氧量低的“死亡地帶”，正在引發廣泛的水污染，使許多湖泊和河流退化，并且破壞近海海水。 此刻需要新的農業實踐來增加食品生產，也更需要通過新的實踐來維持環境的穩定。

淡水消耗。在全球范圍內，我們每年從河流、湖泊和含水層令人難以置信地撤回了2600立方千米的淡水，其中70%是為了灌溉，20%是工業用水，10%是家庭用水。作為淡水濫用的一個后果，很多大型河流的流量已經縮小了，同時一些河流完全干涸了。比較形象的例子包括科羅拉多河，這條河不再流向大海；中亞的“咸海”現在大部分變成了沙漠。未來對淡水的需求可能是巨大的。全球水資源利用效率的顯著提高，尤其是灌溉用水效率的提高，將幫助避免更嚴重的衰退。

遠離警戒線

這支多過研究團隊幾個月前發表在《自然》（Nature）雜志上的初期論文引發了良性的科學討論。大多數人對這項研究給予了極高的評價：一項富有思想性的、試圖為世界界定一條“請勿接近”的警戒線的實驗。然而，我們也被一些科學家嚴厲地批評，這些科學家連試圖設置極限值這個想法都無法接受；另外一些科學家則只是不贊同我們設置的具體數值。

可能最重要的評論是，通過設置極限值，正鼓勵人們這樣去想，即環境破壞只要維持在極限值以內就是可接受的。為了準確起見科學家們強調，這絕非他們想要提議的思想！社會不應當允許世界在采取行動之前往極限值的方向緩慢靠近。比如說，如果能夠達到一個指標的安全極限的方式的1/3是有推動作用的話，那么這種方式就有2/3將造成嚴重的損失。我們敦促人們要足夠精明足夠無私地（為了未來的后代）使這些環境指標盡可能地遠離它們的安全極限，因為每一個指標都代表了一種環境危機。

大部分的批評是可接受的，同時我們的團隊預期到了其中很多的批評。我們知道試圖確定安全極限需要更多的研究結果——尤其是在完善具體數值上，我們將繼續研究。但是我們同時也認為這個概念是具有很大力量的，將幫助提供一個思想框架，使社會能夠共同思考人類生存的環境極限。同時我們希望我們研究的結果能夠激發科學界的討論，我們有這個期待。

解決方案的開始

全面地設置地球的安全極限，應當考慮到世界為全球可持續性發展解決經濟、社會和環境方面要求的努力。社會已經開始努力處理一些挑戰，但僅僅是以一種零散的方式，孤立地思考每一個安全極限。然而那些極限之間都有很強的聯系。當一個極限被逾越時，也給其他指標造成了壓力，增加了那些極限被打破的風險。比如，打破氣候變化這一指標的極限可能會使物種滅絕率上升。同樣地，氮和磷污染可能會逐漸削弱水生生態系統的恢復能力，極大地加速這些生態系統的生物多樣性損失。就像我們的補救措施所打算的那樣，試圖一次解決一個問題的做法很有可能會失敗。

在這個緊要關頭，科學家僅僅簡單地定義這些問題然后就覺得萬事大吉是遠遠不夠的。我們還必須開始提出解決方案。下面是一些可以開始實施的方案：

從現在的經濟模式轉型到一個高效率的低碳能源系統。氣候變化與海洋酸化問題的緊迫性要求我們盡可能地使大氣中CO2含量保持穩定，最好是在350ppm以下。這種轉型首先需要大幅度提高能源使用的效率，其次要迅速引入低碳能源資源。

嚴格限制土地開荒與土地退化，尤其是熱帶森林的砍伐。地球許多的安全極限，比如生物多樣性損失，很明顯是由人類居住范圍無節制地擴張引起的。
引入創新性的農業實踐。有幾個指標，包括那些與營養物污染與水消耗相關的指標，都受到我們現代化農業系統的影響。新的實踐是可能的，包括新的植物品種和精準農業技術，以及更加高效地使用水和肥料。

當人類執行這些措施時應當意識到，根本不存在一個簡單明了的規范手冊去獲取一個更加持續的未來。當科學家們研究人類的經濟系統、政治機構以及社會行動時，他們將編寫出新的實施原則，人類必須清楚的是，我們對環境和人類進程的理解十分有限。任何標桿式的或創新型的實踐，在它們幫助我們提高自然和人類系統的恢復能力，使其面對非常可能發生的、未預料到的沖擊變得更加健壯的同時，也應當允許我們對指示環境健康與社會需要的變化做出回應（以便作出及時調整，而不是出現偏差也無法更正）。為了使這種恢復能力最大化，人類將不得不盡我們最大的努力，使我們生活在已是千瘡百孔的地球的安全極限之內。