又一人类生存极限被突破，地球9个安全边界已跨越5个
撰文 | Sueyl
→这是《环球零碳》的第068篇原创
环球零碳
碳中和领域的《新青年》
摘要：“行星边界”提供了“在稳定的星球上为人类提供安全的操作空间”的定义，这些边界一旦被逾越，极有可能引发地球系统状态发生不可逆的变化，进而对人类福祉产生不利影响。目前第五个行星边界已被突破，应该立即采取措施来阻止这种趋势...
地球是一个精妙而复杂的系统，在过去的一万年里，她一直处于非常稳定的状态，但自工业革命以来，因人类肆无忌惮的活动开始威胁其平衡。有些破坏已突破极限，人类为此需付出惨重代价也难以复原。
为大众熟知的地球极限突破是气候变化，其实和气候变化相关的二氧化碳，只是地球安全边界的一个，更多的极限还在不断突破。
一项最新的研究发现，人类目前向环境释放的化学和塑料污染或已超过地球的承受能力。
化学和塑料污染（新实体的引入）的“行星边界”是科学家声称已超过的第五个地球边界。前四个是气候变化、土地利用变化、生物多样性的丧失以及氮和磷的过度污染。
如何来衡量我们地球的健康状况？2009 年，由瑞典斯德哥尔摩大学复原研究中心 Johan Rockström 和澳大利亚国立大学的 Will Steffen领导的一组科学家首次引入了“行星边界 ”(Planet Boundaries, PB，也有人翻译为“地球边界”) 的概念，以定义“在稳定的星球上为人类提供安全的操作空间”。
该框架聚焦于地球的九项关键生物物理过程，即气候变化、生物多样性损失、生物地球化学流动（氮磷循环）、平流层臭氧消耗、海洋酸化、淡水利用、土地利用变化、大气气溶胶负载和化学污染。
行星边界框架中的每个过程都明显被人类行为活动所影响。
这些边界一旦被逾越，极有可能引发地球系统状态发生不可逆的变化，进而对人类福祉产生不利影响。
01
地球化学品污染已突破稳定临界值
据初步计算，全球市场上有 35万 种不同类型的人造化学品。其中包括塑料、杀虫剂、工业化学品、抗生素以及其他药品。这些都是全新的“实体”，由人类活动创造，会对地球生态系统带来不可逆转的损害。每一年，有大量这些新实体进入环境。
近日，在一项新研究中，斯德哥尔摩研究中心的科学家首次对化学污染进入环境的速度作了量化评估。
科学家通过 “行星边界框架”，即星球界限模型的9大指标来研究这个问题。他们指出，自1950以年来，人造化学品的生产增长了 50 倍。预计到2050年，这一数字将增至目前水平的3倍。其中，仅塑料生产在2000~2015年间就增长了79%，而且约80%的塑料最终进入了环境。
来源：AP Photo/Manish Swarup
现在，从珠穆朗玛峰的山顶到最深的海洋都发现了塑料污染，而一些有毒的化学物质，如多氯联苯，是长期存在的，而且很普遍。该研究的结论是，化学污染已经越过了"边界"。化学污染通过破坏支撑所有生命的生物和物理过程，威胁着地球的系统。例如，杀虫剂消灭了许多非目标昆虫，这些昆虫是所有生态系统的基础，因此也是提供清洁空气、水和食物的基础。
科学家呼吁，化学品污染的趋势正在危及地球系统，应该立即采取措施来阻止这种趋势。其中，转向循环经济就是非常重要的一方面。
该研究论文题为“Outside the Safe Operating Space of the Planetary Boundary for Novel Entities”，已发表在《环境科学与技术》期刊上。
02
行星边界的9个维度，一旦跨越将导致环境发生不可逆风险
图说：行星边界框架初创版与更新版承载状态的比较
来源：陈先鹏等
行星边界框架从全球视角出发，对地球关键生物物理过程的安全边界进行了设置，为厘定人类活动的安全操作空间。
行星边界概念背后的科学原理是，地球的气候稳定性和生态系统恢复力，是动态生物物理相互作用的结果，现在可以被人类活动彻底改变。
人类活动越不加节制，地球越远离系统恢复原状，发生大规模和不可逆变化的风险就越高，因为地球系统过程中的阈值是地球系统的内在特征。
行星边界理论在2009年发布后，后来又进行了更新。其中两个已被赋予新名称，以更好地反映它们所代表的内容， “生物多样性的丧失”现在被称为“生物圈完整性的变化”。“化学污染”被赋予了新名称“新实体的引入”，以反映人类可以通过新技术以多种方式影响地球系统的事实。
2015年1月，由 18 名研究人员组成的国际团队在《科学》杂志上表示，由于人类活动，现在已经跨越了9个行星边界中的 4 个。
这四个是：气候变化、生物圈完整性的丧失、土地系统变化、生物地球化学循环改变（磷和氮）。
其中两个，气候变化和生物圈完整性，是科学家们所说的“核心边界”。显著改变这些“核心边界”中的任何一个都将“推动地球系统进入一个新状态”。
参与这项研究的Will Steffen教授说：“越界增加了人类活动可能无意中将地球系统推向不那么友好的状态的风险，破坏了减少贫困的努力，并导致包括富裕国家在内的世界许多地区的人类福祉恶化。”
具体来看，有以下9个维度：
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气候变化
大气中温室气体浓度的上升导致全球气温升高，衡量指标PB边界是350ppm大气CO2浓度，不确定区间为350~450 ppm，2020年评估值达413.2ppm。气候变化已超过该PB边界，处于不确定的高风险区域。在当前水平上观察到的气候变化证实了最初选择的边界值和CO 2不确定区域的缩小。例如，全球热浪的强度、频率和持续时间增加，并且世界许多地区的强降雨事件数量正在增加；大气环流模式的变化加剧了世界某些地区的干旱；格陵兰和南极冰盖的综合质量损失率正在增加等等。
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生物圈完整性变化
以物种灭绝速率/(E/MSY，每百万物种中10个) 和生物多样性完整指数(BII，90%)制定边界。目前物种灭绝速率测定为2.3 E/MSY，BII测定值为84%，BII的下降充分反映了生态系统退化程度的增加，已超过该PB边界。
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生物地球化学流动
相关环境元素之间的比率可能对陆地和海洋的生物多样性产生影响。以氮循环边界以工业和生物固氮的 62 Tg N/year及磷循环从化肥流入土壤的磷6.2 Tg P/year为生物化学流动的PB。一些氮肥，磷施用率非常高的农业区是越界的主要原因，
过度会造成水生生态系统富营养化。
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平流层臭氧消耗
以平流层臭氧浓度来衡量，单位为DU，不确定性区域261~276。臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的的危害。评估值约为200(南极洲上空)。
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海洋酸化
不断上升的大气二氧化碳水平正在增加世界海洋的酸度，对海洋生物多样性构成严重威胁，尤其是壳会溶解在酸性水质中的无脊椎动物。以表层海水霰石（一种由许多海洋生物形成的碳酸钙）全球平均饱和度/Ω（2.75~2.41)，Ω小于1，碳酸钙会发生溶解。目前评估值为2.9。
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淡水利用
衡量指标为淡水消耗量每年4000 km3作为边界值，根据河流的生态流量要求，该PB可能会更高或更低。目前评估值为每年2600 km3。
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土地系统变化
以全球林地面积占原始森林覆盖的比例为75%，测定值仅为62%，已超出该项PB界限。
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大气气溶胶负载
气溶胶严重人类健康影响，每年导致约720万人死亡。气溶胶光学厚度(AOD)是该PB的衡量指标，南亚的AOD约为 0.15，在火山事件期间可高达0.4。大气气溶胶负载不确定性区域为 0.25-0.5。目前评估值为年0.3，处于不确定区域内。
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新实体的引入（化学污染）
以有机污染物、塑料、重金属等化学污染物排放数量或浓度衡量，最新研究表明该项已超越行星边界。
该框架为国际社会，包括各级政府，国际组织，民间社会，科学界和私营部门确定一个“人类安全的行动空间”，作为可持续发展的先决条件。
PB 概念影响了全球可持续发展议程，所有9个PB过程都在2015年通过的联合国可持续发展目标 (SDG)中以某种方式得到解决。
03
行星边界并不等同于全球阈值或临界点
当将地球当作一个系统处理，系统水平阈值（突变的临界点）是可能存在的，但行星边界被放置的位置是在达到阈值之前。
图说：行星边界方法的概念框架
来源：Steffen, et al.
即边界之间的缓冲区（安全操作空间的末端，图中的绿色区域），阈值考虑了阈值相对于控制变量的精确位置的不确定性，而且还允许社会有时间对可能接近阈值和随之而来的突然或有风险的变化的预警信号做出反应。
通过调节生物地球化学流动（例如，陆地和海洋生物碳汇）或通过为生态系统提供耐受扰动的能力，影响地球系统在不断变化的条件下持续处于原状（复原能力）。
每个边界都有一个不确定区域（图中黄色区域）。在不确定区域的“安全”端，跨越临界阈值或严重削弱地球系统恢复弹性的可能性非常低。
比如气候变化，其PB值是350ppm大气CO2浓度，不确定区域（即对应图中黄色部分）为350-450ppm，目前大气浓度值413.2ppm已跨越了行星边界，处于不确定区域，若继续不加节制的排放会造成难以挽回的后果。
在“危险”端之外，表明地球系统功能发生变化的可能性要高得多，这可能对人类社会造成毁灭性的影响。
预防原则的应用要求行星边界设置在不确定区域的“安全”端。这并不意味着越界会立即导致不良结果，而是越界越远，系统过程不稳定或弹性受损的风险越高，为此类变化做准备的机会就越少。
人类已经跨越了五个部分的行星边界。海洋酸度、气溶胶排放到大气中、用水变化和土地利用滥用的限制尚未超过，这并不意味着它们与破坏地球平衡的其他过程不相互依赖。
图说：行星边界
来源：Balkan Green Energy News
行星边界框架综合地球生态系统的阈值效应和人类对生态风险有效防控的保守预计来确定安全边界，为资源环境承载力评估提供了一种新视角。该框架在全球生态系统综合调控中具有特定的优势，是对传统资源环境承载力研究范式的重要补充。
行星边界框架表明需要设计更具适应性的制度。地球系统过程本质上是动态的，任何边界位置都在不断变化，并且可能是突然变化的，系统阈值具有很大的不确定性。这反映了治理安排的必要性，以便在从地方到全球的各级治理中轻松适应新的信息和警告信号。
相关学者表示，行星边界框架强调需要控制行星边界之间复杂的相互作用，并为此目的创建新的制度安排。根据这种观点，减少对一个行星边界的压力的政策可能会对其他边界产生积极或消极的副作用，对地球系统治理提出了挑战。
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参考资料：
[1] Planetary Boundaries - an updatehttps://www.stockholmresilience.org/research/research-news/2015-01-15-planetary-boundaries---an-update.html
[2] 陈先鹏,方恺,彭建,刘爱原.资源环境承载力评估新视角：行星边界框架的源起、发展与展望[J].自然资源学报,2020,35(03):513-531.[3] Global chemical and plastic pollution out of control – safe planetary boundary exceeded[4] Steffen, Will, et al. "Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet." Science 347.6223 (2015).[5] Persson, Linn, et al. "Outside the Safe Operating Space of the Planetary Boundary for Novel Entities." Environmental Science & Technology (2022).[6] Biermann, Frank, and Rakhyun E. Kim. "The boundaries of the planetary boundary framework: a critical appraisal of approaches to define a “safe operating space” for humanity." Annual Review of Environment and Resources 45 (2020): 497-521.[7] 前瞻经济学人APP资讯组END
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