Nature警告：全球气候变暖将造成生物多样性断崖式下降

Original 郭瑞东集智俱乐部 2021-02-09

导语

生物多样性具有显著的经济价值，将一个生机勃勃的星球传给子孙后代，也是人类不可推卸的责任。然而，4月10日的一篇最新 Nature 论文指出，对于大部分动植物来说，全球变暖带来的急剧变化，会导致其无法快速适应而导致灭绝。模型预测。截至2100年，取决于人类是否达成减排目标，全球生物多样性有可能出现断崖式下降。为保护地球生态多样性，需要建立监控系统，以确定在特定地区，是否越过了临界点。

论文题目：
The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change
论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2189-9

1. 生态多样性与气候变化的关系

2020年，长江白鲟已经灭绝的消息，在疫情中显得不那么起眼。然而这只是全球生物灭绝大潮中的一朵浪花。人类工业革命以来，对地球产生了巨大改造，创造了新的地质时代，地质学家称之为“人类世（Anthropocene）”。这个词被用来说明人类活动对气候及生态系统造成全球性影响。而全球各地动植物的大规模灭绝，从而引起的生态多样性降低，是人类世的关键特征之一。

动植物通过物竞天择的进化，长期来看具有对环境的适应能力。然而若是在短期环境发生巨变，则会导致栖息地丧失，种群数量降低，甚至会导致物种的灭绝。前文提到的长江白鲟，作为淡水鱼类，就对水温极其敏感。

全球气候变暖的幅度，按照巴黎会议及联合国政府间气候变化专门委员会的估计，取决于未来 30 年内人类采取的减排措施，给出了不同的推演。在最乐观的情况，人类能够在 2100 年，将全球变暖的幅度控制在 2 摄氏度，而若是没有对全球温室气体的排放加以控制，那么到 2100 年，全球平均气温将升高 6 摄氏度。在不同的场景下，各地区的生态多样性预期会受到多大的冲击，这是本文回答的问题。

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该文将地球表面，按照 100 平方千米的大小切成一个个的小格，考察每个小格内的生态多样性。总计考察了近三万种动植物，包括鸟类，爬行动物，哺乳动物，两栖动物，鱼类，海洋无脊椎动物，海草及珊瑚。通过考察当温度的变化超过正常变化范围之后，需要经过多久会对特定物种产生显著的冲击，基于 1850年-2005 年间的历史数据，对未来生态多样性在不同程度的气候变化下对应的影响，进行了预测。

2. 如果我们达成
巴黎协定的升温2°目标

2015年的巴黎协定，是人类为自己定下的目标，要求将本世纪全球平均气温上升幅度控制在 2 摄氏度以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上 1.5 摄氏度以内，最高 3 度。为此需要在 2050 年后实现全球温室气体净排放清零，然而过去十年间全球的碳排放并没有降低，反而在逐年升高，这使得未来十年内，为达成巴黎协定的目标所需的减排量显著提升。

图1：全球化石燃料引起碳排放的预测范围，数据来源：CICERO

假设我们达到了平均气温只上升 2 摄氏度的目标，那么对于地球上的大部分区域来看，由于突然变化带来的冲击是相对较小的，只有靠近赤道的，占全球 2% 的区域，才会经受全球带来的强烈冲击。而当全球变暖导致的平均气温上升由 2 摄氏度变为4摄氏度时，受到影响的物种会由 2% 变为 15%。

图2：全球不同区域生物多样性受影响范围对比，颜色越接近右边，影响越大

可若是我们还是按照当前的碳排放增长趋势，造成失控式的全球变暖，那么受影响的区域及程度，都会显著地增加，如下图所示，在几乎所有热带地区，包括亚马逊雨林，东非草原，南亚及东南亚，都会受到极大的冲击。

图3：随着碳排放的增长，几乎所有热带地区都受到了极大的冲击

3. 变化不是循序渐进
而是突如其来的

假设真的发生了全球生态多样性的锐减，我们能否提前做好准备？

这篇文章的回复是不能。因为生态系统作为一个典型的复杂系统，其中存在的正反馈会使的变化发生的很突然。

下图分别展示了，在全球各个地区及各类生态环境中，不同年份的平均气温趋势及物种受到严重影响的物种比例。可以看到，不论是哪种场景下，都会出现断崖式的突变。

图4：珊瑚礁三角区，戈壁，亚马逊流域，刚果河流域在失控的全球变暖下气温及受影响物种的比例，其中Abr和Tim表示变化的突然程度和时间，指在一年之内发生的最激烈变化的强度及对应年份

如图所示，气温的变化并不等于生物多样性的改变，因此仅仅关注特定区域内平均气温的变化，并不能反映出该区域生态多样性是否会发生变化。由于生物会为了适应环境改变栖息地，例如原本热带区域的生物进入温带，作为缺少天敌的入侵物种，造成当地物种灭绝，从而带来温带生物多样性锐减。因此该文估计受影响物种的比例，相比实际情况有可能是偏低的。而这更凸显了构建一个全球性的生态多样性监控系统的必要性。

4. 海洋和陆地受到的影响程度不同

相比于有山脉与河流阻隔的陆地，海洋中气温的变化，影响的范围更广，变化的突然程度也更加明显。

图5：海洋和陆地气候物种数量和变化突然程度

上图中纵轴是该区域有多少种生物物种，横轴是该区域对应的变化的突然程度，左图描述位于海洋的生态系统，右图描述位于陆地的。可以看出，海洋中的生态系统，在物种数量上符合长尾分布，且越多元的生态系统，越有可能由于气候变化带来的突变而在一年间内容，大部分物种都受到严重影响。

如果人类没有达到巴黎协定设定的目标，到 2100 年，相比陆地生态圈中的 38% 的地区会受到严重影响，海洋生态圈中，会有 51% 的区域受到严重影响。这说明海洋生态系统更加脆弱。

图6：不同强度的全球变暖场景下，海洋与陆地中生态多样性受严重影响的区域对比

通过设定自然保护区，能否避免生态系统受到全球变暖所带来的冲击？

图7：不同气温升高幅度下，是否建立保护区与受影响物种百分比的关系

如上图所示，如果某区域内 20% 以上的面积处于自然保护区，则称该区域为保护程度高的区域（实线），否则用虚线表示。蓝色红色分别对应海洋与陆地。由于陆地中生态多样性会更早的受到全球变暖的冲击，因此红线始终位于蓝线上方。而两队实线和虚线之间的差距并不明显，这说明通过建立更多的的自然保护区，无法应对全球变暖带来的冲击。

图中 3-3.5 摄氏度之间的虚线指各国在 2020-2030 年间，按照巴黎协定的约定减排，之后不采取进一步行动时，2100 年全球气温会升高至少3摄氏度。

5. 总结

由于疫情造成的经济停摆，全球温室气体的排放在 2020Q1 在数十年来首次下降，然而这样的短期事件，并不能够改变全球变暖的大趋势。人类要想避免全球变暖带来的诸如极端气候，热浪，生态多样性丧失等不利影响，需要在未来十年采取系统性的改变，否则一旦越过了某个未知的临界点，我们将会留给子孙一个更加贫瘠的星球。