本书 - 第 9 至 11 章
在《地球,我们生存的行星》一书的最后三章(第 9 章至第 11 章),我们解释了生命在很大程度上影响着地球系统的大规模循环,包括温室效应和大气成分含量;地球系统数十亿年的发展;以及人类社会的影响,特别是最近的一个地质时代(人类世)。
9-1 全球负反馈对地球系统的调节
地球系统在地质时期的若干长期特性受大规模反馈的调节。在反馈中,因果过程 A被另一个承接过程A起着直接或间接作用的B过程放大(正反馈)或减轻(负反馈)。当反馈修正过程A进一步影响了B过程,即形成了一个反馈回路。在本书的第九章,我们描述了许多地球系统的反馈和反馈回路,在其所在的地质历史时期中,他们很大程度上控制了地球系统,并延续至今。
主要的负反馈回路有助于在数百年至数千万年的不同时间尺度上调节关键的地球系统特征。我们特别关注地球系统的三个主要特征:温室效应,海洋的氮磷比(在海洋中称为Redfield比值),大气氧化程度,并描述了他们在长时间尺度的负反馈调节。
通过负反馈调节海水和浮游植物种的氮磷比,负反馈回路涉及地表水中的固氮(灰色)和整个水柱中的氮循环(黑色)。实心箭头:生物和化学流。虚线箭头:含氮化合物的垂直传输。
9-2 大尺度地球过程之间的相互作用
强迫因素(左矩形)和气候(右矩形)对地球系统的许多大尺度过程(中间矩形)的影响(箭头)。胁迫因素是构造,进化和人为因素(分别为黑色,灰色和白色的矩形和相应的箭头)。
在本书的第九章,我们还考虑了地球系统不同“组件”之间的相互作用,我们关注全球负反馈调节对环境中氧和海洋固态碳酸盐之间的作用,以及负反馈调节环境中氧和海洋中氮磷比的作用。我们还描述了地球系统大尺度过程(例如全球的产氧和呼吸)与负反馈回路的相互作用。
此外,我们还描述了地球系统的大尺度过程对地质、生物和人类胁迫因素以及气候和生物进化的响应。人类社会影响了地球系统的很多大尺度过程,与影响了地球系统过程数千万年甚至数亿年的生物进化存在差异,时至今日人类干扰的时间尺度最多只有几百年,甚至可能会续数千年。
10-1 “万古传奇”—地球系统几十亿年历史
在本书第一至第九章中,我们解释的过去和现在的环境条件和事件形成描绘了地球系统的全貌。我们在第十章中把这些信息综合成一幅有关地球系统几十亿年来的发展图景,称为 "万古传奇"。这幅图景被用来描述地球系统的演变,包括人类社会的影响。
在第十章中,我们先后考虑了地球系统的以下几个方面:影响地球系统的主要外部和内部非生物过程;地球物理特性的获得及其对地球进化的影响;生物进化的主要步骤;地球环境中游离氧的进化;以及地球系统中负反馈回路的出现。 我们结合这些方面来描述地球系统的进化,同时包括人类社会的影响。
万古传奇:本书中第1-9章所描述的线索交织概括成一幅广阔的图景,描绘了地球被其生物体逐步影响的过程。从左到右表示从过去到未来。纵向箭头:各层之间的物质交换(为简单起见,只对地球最古老的状况和最近的状况进行了说明)。Patm: atmospheric pressure大气压; T: temperature温度
10-2 21世纪前人类活动的影响
在本书的第九章,我们描述了人类社会对于地球系统产生重大影响的时期,称为人类世。从人类世伊始发生的遥远事件开始,例如大型原著动物群的灭绝通常伴随着智人对新土地的占领,人类经历了人口的增长的同时也经历了人类活动对环境的有害影响。
我们讨论了三个例子,展示了20世纪下半叶世界各国如何采取一致的行动来减少或消除大尺度或全球性环境扰动的原因。其中一个例子是禁止使用杀虫剂DDT。这些例子表明,当科学证据和公众压力使政府信服时,后者就会采取行动。然而,许多逐步显示的全球环境问题并未在20世纪得到解决。
2006年酸雨对捷克共和国伊泽拉山脉森林的侵害。 图来自Wikimedia
V过去80万年地球大气二氧化碳浓度的变化。引用自NOAA
11-1 人类活动的持续影响—适应与减缓
人类社会已经对地球系统造成了许多扰动,并可能对未来产生长期影响。我们在本书第11章中解释了气候变化、海洋酸化、生物多样性丧失以及水和食物安全危机的普遍机制,并关联了造成这四种全球扰动的主要人类活动,及其对环境和人类的有害反馈。
对于正在进行的全球范围的人为扰动的应对包括“适应”和“减缓”。我们解释了人类社会如何利用“适应”来处理无可避免的情景,以及应该如何利用“减缓”来避免不可管理的情况。本章节以当前和未来的海平面上升为例,说明“适应与缓解”。首要,也是最重要的缓解行动是通过改变人类活动的方式来减少温室气体排放。只要有协调一致的政治意愿,就有希望可以在不改变人类社会福祉的情况下,在今后几十年内实现这一目标。
11-2 当前人类活动的未来影响—成为地球管家
已经受到或预计将受到全球变暖影响的地球环境和人类活动。引用自PNGFuel .
地球系统或将因持续的人类活动干扰,而在21世纪后期发生重大变化。在本书的第十一章,我们探讨了未来地球的若干种可能状态:1.下一次冰期前长期持续的间冰期;2. 从目前的冰室地球(长期有冰川和/或冰盖,如3400万年以来的情况)转变为温室地球(长期没有大陆冰架);3. 由失控的变暖引起的行星阈值的跨越而导致非同寻常的气候。
为了说明塑造地球系统的一些关键生物变革的意义和影响,我们考虑假如没有这些因素,地球系统会如何演化。因此,考虑到保护其可居住性和生物多样性的迫切需要,人类应当毫不犹豫地成为我们独特星球的管理者。