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還記得20世紀60年代末宇航員拍攝的那些讓人大開眼界的著名的地球全景照片嗎？照片上白云環繞在點綴著白色冰蓋和紅色沙漠的藍色地球上，螺旋形風暴格外醒目，其大小以方圓1000千米左右來度量，相當于美國新英格蘭地區的規模。那是人們觀察大气層的一种方式。對于一個在強气流中旅行的乘客來說，由于飛机在太空中的強烈顛簸，他會覺得大气的作用應以數百米來度量。而對于一個熱气球乘客來說，他可以看到一滴滴雨滴或一片片雪花從面前飄過，因而可以斷定他對大气的認識是在毫米級的微觀尺度上。在某种意義上，上述觀察結果都是“正确”的。這取決于你想要觀察的對象以及觀察的方法的不同。 比如，我們也許觀察到風暴來臨的天空中大片烏云從東向西飄移。難道這就意味著我們頭頂上的風暴是從東向西移動？當晚電視天气新聞的衛星云圖上，我們可以看到，盡管在那一時刻局部的風向确實是由東到西，但總体上風暴卻是由西向東移動。我們局部觀察的結果并沒有錯，就像我們有關宏觀尺度的假說也沒有錯一樣。為了准确把握大范圍的天气情況，我們需要一張較大尺寸的气象照片。或者，誠如普林斯頓大學的數學生態學家西蒙·萊文（Simon Levin）曾經指出的：人們對世界的看法迥然不同源自于人們藉以觀察世界的窗口大小的不同。 用一种尺度來觀察事物，然后將結果延伸到另一种尺度的事物上并下結論，這是我所知的無謂至极的一些爭論的根源。無論是在人与人之間的關系上，還是在神秘的科學爭論中，均是如此。 圍繞多种科學現象的發生，大自然体現出了其丰富的空間尺度及其相互作用。時間尺度也是丰富多樣的。憑經驗我們知道風在吹，水在流，但地球充滿活力的部分并不限于這些。我們“固態”的地球并不是堅固的，在時間和空間上它并不是永遠不變的。事實上，作為對自然引力的響應，陸地也在運動。后面我們將看到，大陸的漂移也會對气候和生命帶來重大的影響。 諸如地震、滑坡或冰川等局部地球運動現象是可以在短暫人生的時間框架內進行觀察的。除此之外，一些主要的、大陸規模的地球運動會長達數千年到數百万年不等，需要具備特殊工具和創新方法才能對這類運動加以觀察。“固態”地球是如何与空气、水和生命發生相互作用的，這對于將地球作為一個系統來認識是重要的。 即使人類對云層的微觀物理學特征有較深入的了解，但這种認識本身并不會給我們以太空的宏觀尺度所觀察到的地球天气行為提供太多的解釋依据。因此，在討論天气、气候、生態社會及環境變化時，我們應選取什么樣的尺度？ 由于我們本身的視野十分有限，我們個人的經驗不足以讓我們觀察到整個大自然的重要現象。在這里，我們需要借助地球系統科學家這一更大集体的觀察和推論，來打開了解我們周圍丰富多彩的大自然的窗口。研究結果与研究方法 有一些學者認為，沒有深入的研究，我們對事物的認識就將是膚淺的，在這批人當中一直彌漫著一种緊張情緒。确實，工業革命以來，學術的以及經濟的成就是以專業分化為標志的。但是，越來越多的學者認為，如果缺乏對所要解決的問題的一种宏觀認識，各個派生的分支學科或許不會給我們提供了解或解決實際問題所需的必要素材。面對一個問題，是僅僅強調令而深的研究手段，還是強調通過各分支學科的綜合研究來予以解決，學者們長期以來對此爭論不休。在我看來，這种爭論是沒有意義的。（對于強調跨學科綜合研究者來說，綜合研究意味著要給職業帶來一定風險，因為問題的解決常常意味著要在學科的交叉點銳意創新，這樣一來，研究者就無法在一狹窄的學科中，保證擁有足夠的創造力以取得在該學科中“受人尊敬”的地位。）不管雙方的爭論有多么激烈，將研究結果与其研究方法（或者微觀与宏觀）對立起來是一种愚蠢的、錯誤的邏輯二分法行為。我們顯然需要大量各种尺度的研究結果來避免認識上的膚淺，需要綜合眾多研究方法來迎接現實世界各种問題的挑戰。 盡管由于篇幅的限制，我在這里無法對所有相關領域進行一次專題討論，但我將盡可能詳盡地挖掘大量与環境有關的內容，來闡述我們業已掌握的有關气候變化的知識及其生態學和社會學意義。我還會指出，在全球環境論爭中哪些气候變化的結論是推測出來的。我將利用實際環境与經濟平衡的研究方法來幫助選擇一組有代表性的研究結果。 人類并不是最近才意識到污染會降低環境質量。數個世紀以前，末加控制的煤的燃燒導致倫敦聲名狼藉的煙霧事件，那時人們就已意識到了這一點。遺憾的是，環境歷史上的這一不幸正在現代中國的一些布滿煙塵的城市重演。再前翻數個世紀，遭剝蝕的山坡的泥土流失給了亞洲人痛苦的教訓，雖然他們意識到在進行農業生產和森林砍伐時必須輔以謹慎的保護措施。所有上述教訓具有兩個共同特點：一是發生的范圍是局部或區域規模的；二是都在事后（當破坏已非常明顯時）才被發現的。21世紀的環境問題之所以是獨一無二的，是因為其影響范圍真正是全球性，而不僅僅是局部性或區域性的。尤為嚴重的是，我們目前所面臨的環境問題很有可能是持續不斷、甚至是木可逆轉的，因此僅僅在實踐中接受教訓已遠遠不夠。當地球成為我們的實驗室時，在我們進行全球規模的實驗以前，需要預見實驗的結果。最起碼這一點應該是我們將要在本書中討論的地球系統科學的理論基礎。 我將要在這里闡述的行星規模的環境問題現在已被稱為“全球變化”。這一術語是那些將地球視為一個系統來加以研究的人們提出來的，用以表示那些影響地球系統（物理、生物、社會方面）的全球規模的變化。這些物理、生物、社會的地球系統是相互關聯的，而人類則對這些系統的變化起著一定的作用。既然人類絕對不可能使大陸產生漂移，為何還要將大陸漂移作為“全球變化”的一部分來研究？理由是，如果我們不了解漂移的大陸是如何影響大气圈中的气体、气候以及生物進化的，那么，我們將失去可靠地預測全球變化中所謂的“人為因素”所必須的背景知識。 在本書的討論中，我要涉及的傳統學科將包括地質學、生態學、大气科學、生物學、能源技術、化學、農學、海洋學、政治科學、經濟學乃至心理學。我還要審視人類是如何影響地球系統的各個組成部分的。在本書的各章節中，將要述及大量的地球系統科學問題，包括： ·气候和生命進化到目前的狀態需要多長的時間？ ·地球所包含的生命和非生命這兩套子系統是如何發揮作用的？ ·人類是如何影響地球系統的？ ·我們從自然系統的行為中獲得了什么樣的知識，使得我們能夠預測人類活動可能對自然系統的影響？ ·在環境保護和經濟發展之間存在著什么樣的平衡？我們如何才能使貌似存在利益沖突的這兩方面取得一致？ 各部分疊加的效應更糟是全球變化潛在的最嚴重問題之一，是動植物聚居地的分割与气候變化之間的協同作用。人們將動植物天然聚居地分割成農業用地、居住地、礦山或開發作其他用途。如果气候發生變化，各個動植物物种將被迫盡力作出調整，如同它們在過去的地質時代所做的一樣。 遷徙是它們的一個典型的反應。大約1万年前末次冰川期消退時，云杉就是這么做的。但從那以后，地貌景觀發生了巨大的變化，那些在末次冰川期期間通過遷徙而幸存下來的物种能夠逾越21世紀的高速公路、農業區、工業園區、軍事基地以及大城市的威脅嗎？如何以經濟上最合算或政治上最可行的方式來實施我們的生物保護計划，這需要某种科學的指導。全球變化研究就是涉及這類問題的科學。要回答這類問題，我們必須依靠各有關學科并自問：我們擁有什么樣的知識？要向各位專家（不管他們是醫生還是地球系統科學家）提出的最重要的兩個問題是：地球會發生什么？發生的可能性又有多大？ 地球系統科學家試圖將來自各門學科的信息進行創造性綜合，以回答各种尺度上的實際問題。 我們已經遇到了敵人 人們很少會故意制造環境問題。這种做法傾倒有毒廢物以及點燃油田只是一些例外情況），然而，大多數的環境問題是全球各地無數小規模和看似微不足道的環境污染行為的總体表現。不管是偶然的還是故意的，其結果同樣是有害的，如局部范圍的魚類中毒和全球范圍的气候變化。對環境影響來說，動机是無所謂的。只是在處理這种影響帶來的惡果時，動机才起作用。無論我們是有意還是無意，我們針對環境采取的大部分行為也是針對地球的一种實驗。雖然視而不見或拒絕解決是政治上簡單得多的“解決辦法”，但我們每個人都有責任對我們無意識行為的潛在后果保持清醒的認識。正如斯坦福大學人口生物學家保羅·埃利希（Paul Ehrlich）曾經巧妙地指出的那樣：“對自然規律的無知絕不是一种借口。”人類因素 全球環境惡化的原因常常被歸結為越來越多的人為了謀求更高的生活水平而使用了導致土地污染或分割的技術或行為。1971年，保羅·埃利希及當時的加州大學伯克萊分校能源分析學家約翰·侯德倫（John Holdren）X4此提出了如下的公式：I一PAT。即：環境影響（I）是人口（P）、單位人口的財富（A）及所使用的拉術（T”）三者之乘積。 假如觀察者撇開大的或全球范圍的環境問題而只關注局部的環境問題時，上述三個因素的作用可能不容易觀察到。觀察范圍的不同，可以識別出的影響因素也不同。從局部來看，可以認為貪官污吏或工業污染是當地環境問題的主要根源。從大局來看，日益增加的土地或能源利用以及人口的增長或許會成為主要因素。 我曾經說過，要使我們的分析有用，我們就不能忽略全球變化中人類活動的因素。某些國家的經濟狀況要优于其他一些國家。在發展中國家中，追求更多的經濟利益是其經濟計划的一個驅動力。而一旦那些計划被認為將對全球環境构成威脅時，發達國家与發展中國家之間的關系也就隨之出現緊張。就局部而言，對引發污染的燃料實行征稅是鼓勵環境保護、開發或使用洁淨替代燃料的一种積极措施。但征稅會引起能源价格的上升，后者對窮人的影響遠較富人為大。面臨經濟困難的人們通常优先考慮經濟增長，而不是環境保護。我們的新聞媒体上已經出現了這類環境与發展、利益与效率相平衡問題的報道，這類問題在未來的几十年內將引發更大的爭論。另一個被稱為“代際平衡”的問題也面臨同樣情況：我們今天對經濟增長的渴望，以及明天想讓后代過更富裕的生活的愿望，將使我們自食其果，并給后代遺留下一大堆環境問題，而他們卻是無法參与今天的決策的。 今天世界的人口大約在55億到60億之間，其中10億人生活在營養缺乏的邊緣，每年有數百万人死于与營養不良有關的、原本可以避免的一些疾病。這些人要求提高生活水准，我們也理應幫助他們提高生活水准，但如果由此采取的措施沒有考慮到對地球的影響，那么這些措施就不能說是合理的，甚至連這些論爭的理論依据也是值得討論的。社會學家羅賓·坎特（Robin Cantor）和史蒂夫·雷納（Sieve Rayner）曾注意到，如同其他人類价值觀的沖突一樣，“環境論爭可以理解為人們各自援引木同的有關大自然行為的迷誤來支持不同的政治和道德信仰的結果”。因此，要全面闡明環境与發展這∼兩難矛盾的价值觀問題，必須在自然科學和社會科學中揉進人文研究的成果。隨著我們不斷增加對控制地球環境的各個系統的了解，系統之間錯綜复雜的相互關系以及上述問題的解決辦法將會明朗化。 在本書中，我會討論局部環境問題及其對全球環境的影響，也會討論全球環境問題，后者事實上也影響著局部環境。在我們稱為地球的這個系統中，所有事物都是相互聯系的，因此，研究環境是非常迷人的。而且，雖然各個變量之間的關系可能捉摸不定，但其總体效果卻顯而易見。顯然，我們尚不知道所有答案，甚至連所有的重要問題都還沒有弄清！要對全球變化的科學和管理問題進行充分評价，尚需要一些跨學科研究隊伍數十年的努力。但我們已經取得了相當多的認識，而且可以做很多事來降低風險。具有科學知識和政治變革的決心的公眾，能夠應付我們面臨的許多困難。我撰寫本書正是基于這樣一种愿望。 在我們展望气候和生命都充滿陰影的未來之前，有必要回溯一下我們的生物地理學上的起源：年輕的地球開始孕育生命的久遠的太古代。 |
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