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重點提要
■儘管氣候變遷已經獲得普遍注意，但物種減少與氮污染已經大幅超過安全底線。我們的環境也正在逐漸接近危險的邊緣。
■立即改用低碳能源、限制土地開墾，以及改革農業生產方式，是讓地球和人類永續生存的重要對策。
曾經有將近一萬年的時間（從人類文明剛剛萌芽到全新世時期），我們的世界似乎廣闊得無法想像，遼闊的土地和海洋提供無窮無盡的資源，人類可以恣意污染，而且只要遷徙到其他地方，就能輕鬆愉快地逃避污染造成的區域性影響。人類揮霍著彷彿用之不竭的財富，建立起帝國和經濟體系，從來沒有想過這樣的恩典會有消失的一天。
但在公共衛生進步、工業革命以及後來的綠色革命影響下，地球人口從1800年的10億人暴增到今日近70億人，過去50年來，人口數量增加了超過一倍。而在生活富足的推波助瀾之下，我們消耗的資源也十分驚人，近50年內，全球食物與淡水的消耗量增加到三倍以上，化石燃料的消耗量更增加四倍，我們現在佔用了全地球光合作用產物的1/3~1/2。
如此毫無節制的成長，也使污染從地區問題擴大成全球的困擾。平流層臭氧破壞和溫室氣體濃度顯然已經相當棘手，但其他有害的影響也已開始浮現。
人口突然加速成長、資源消耗殆盡和環境損害已經改變了地球。我們現在居住的是「客滿」的世界，資源有限，吸納廢棄物的容量也是有限的。居住在這樣的世界必須遵守的規則也不一樣。最基本的，我們必須採取行動，確保我們的活動不要超出目前環境系統的「安全運作範圍」。如果不改變生活方式，我們將造成災難性的變化，最後釀成全人類的悲慘結局。
那麼又是什麼因素造成這些變化？我們該怎麼避免？一支由世界科學家組成的團隊，由瑞典斯德哥爾摩復原力中心的洛克斯壯（Johan R鐼kstrom）領軍，成員包括歐洲、美國（包括本文作者）以及澳洲的學者，近來從一個範圍更廣、關係更深的角度來尋找答案：我們是不是逐漸接近地球的「引爆點」？超過這個點，我們將把全球環境推入危險的新領域，而且人類史上完全沒有類似的狀況可供參考？
仔細審查幾個物理與生物系統的跨學科研究後，我們的團隊認為有九項環境問題可能影響地球支持人類生存的能力。接著我們定義出這些問題的底線，也就是人類活動只要不超過這個範圍就能確保安全。其中有七項問題有明確的底線（見右頁圖示），能以科學方式定出數字（當然其中仍有少許不確定性），其中三項（氣候變遷、海洋酸化和平流層臭氧破壞）已經到達引爆點，而剩下四項也面臨無法復原的惡化狀態。另外有兩項問題（大氣懸浮微粒污染和全球化學污染）尚未進行深入研究，因此還沒有確定的底線數字。
我們這個團隊的分析顯示，目前有三項問題已經超過底線，分別是生物多樣性喪失、氮污染和氣候變遷。其他幾項問題也在慢慢逼近底線。個別的安全底線數字或許會有少許調整，未來也可能再增加其他須注意的問題，但這幾項問題可說是歸納出目前全世界最嚴峻的環境問題中的「優先順序」，同時提供一套整體架構，讓我們思考如何面對這些威脅。
化石燃料引發危機
探究是什麼原因造成目前最急迫的環境問題，可以提供一些解決問題的線索。在兩項問題中（氣候變遷和海洋酸化），有一個成因是大家耳熟能詳的，就是人類使用化石燃料，將二氧化碳排放到大氣中。
氣候變遷。儘管地球已經承受了人類造成的顯著暖化，而且暖化還會更嚴重，科學家和政策制定者仍在尋求方案，避免出現最嚴重的後果，包括兩極冰原融化、淡水供應枯竭，以及地區氣候系統崩潰等。目前大氣中的二氧化碳濃度已經高達387ppm（1ppm為百萬分之一的體積濃度），但溫室氣體濃度究竟要達到何種程度，才會使氣候變遷具有危險性，目前仍有爭議。一般的建議值為350~550ppm的二氧化碳當量（各種溫室氣體總濃度的代表值）。依據我們的分析，我們建議單以二氧化碳而言，比較保守而且必須長期維持的數字是350ppm，才可盡量與氣候引爆點保持一定的距離。要達到這樣的目標，全世界必須立刻採取行動，遏止溫室氣體排放量上升，並在未來數十年內降到低於目前的數字。
海洋酸化。海洋持續酸化是氣候變遷中較不為人知的連帶反應。隨著大氣中的二氧化碳濃度提高，有更多的碳溶於水中，形成碳酸，使海洋表面酸性更強。海洋在自然狀態下為鹼性，pH值大約是8.2，但資料顯示目前海洋的pH值已經降低到8.0左右，而且還在持續下降。我們的團隊透過在海洋表面層形成的霰石（一種碳酸鈣礦物）減少幅度，來量化海洋酸化造成的損害。許多生物（從珊瑚到海洋食物鏈底層的多種浮游植物）都依靠霰石形成骨架或外殼。酸性提高可能嚴重影響海洋生態系和食物網，因此也是促使各國朝低碳能源發展的強力誘因。
生產糧食付出的代價
人類已佔據地球上35%的陸地來種植穀物和飼養牲畜，農業規模擴大也成為人類繼續開墾新土地，因而破壞自然生態系統的主要動機。由於人類的土地利用方式，有幾項地球底線正瀕臨失守的危險：
生物多樣性喪失。土地開發已造成地球歷史上規模最大的物種滅絕。與地質記錄中的自然速度相比，目前的物種消失速度快了100~1000倍。在全世界的陸地與海洋生態系統中，物種消失速度都面臨相同的狀況，如此一來可能影響區域性與全球的生態過程。生物多樣性保育工作，尤其是在敏感的熱帶森林，需要大眾給予更多關注。一些新的行動，例如聯合國為減少開墾熱帶森林籌措資金的「減少森林伐除與退化導致的碳排放」（REDD），則可同時解決生物多樣性喪失及碳排放兩種問題，而且成效可能會相當不錯。
氮與磷污染。工業肥料廣泛使用，已擾亂地球的化學作用。使用肥料已使整個環境中的氮與磷流量提高了一倍以上，而且每年增加的氮總量為1億3300萬公噸，磷總量為1000萬公噸。這兩者的流量已造成各地的水污染、使許多湖泊與河流水質惡化、形成大片缺乏氧氣的「死區」，破壞沿岸地區的海洋。我們需要新的農業技術來提高糧食產量，但也必須維護環境。
淡水枯竭。全世界人類每年由河流、湖泊和地下水層抽取的水多達2.6兆立方公尺，用途包含灌溉（佔70%）、工業（佔20%）和家庭用水（佔10%）。結果使許多大河變成細流，有些河流甚至完全乾涸。最具代表性的幾個例子包括現在已經流不到海洋的美國科羅拉多河，以及中亞地區現在大部份已經變成沙漠的鹹海。未來的淡水需求可能十分龐大，大幅改善全球水資源的運用效率，尤其是在灌溉方面，應該有助於避免更嚴重的水資源匱乏。
【完整內容請見《科學人》2010年第98期4月號】
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