编者按

在人类的影响下，地球的气候系统正一点点发生改变，而且已经出现了从“缓慢的”量变向“激烈的”质变转变的迹象。

在《知识分子》“气候大会特别策划”第八篇文章里，读者将会看到“气候临界点”这一量变引发质变的关键节点具有怎样的特点，目前已经识别出的临界点有哪些，以及临界点一旦被突破人类可能面临怎样的境况。

撰文 | 武毅秀（中外对话）

责编 | 夏志坚

 

在气候变化研究中，一类需要分析的最糟糕的极端风险情况是所谓的气候临界点。

 

当《巴黎协定》明确了将升温控制在2℃乃至努力控制在1.5℃的目标之后，很多讨论聚焦于“缓慢”升温2℃和1.5℃情景下的碳预算和升温可能产生的影响。不过，另一个不那么“温和渐进”的升温后果也在日益引起科学界的关注，那就是有关“气候临界点”极端风险的研究。其核心思路是，全球升温带来的影响并不是渐进、温和、逐渐累积的，而往往是不均衡、非线性、甚至是激烈的。当升温到一定程度，维持地球气候平衡的一些临界点将被触发，引发难以预测、不可逆的突变和持久的影响。

 

11月28日出版的《自然》杂志上一篇由长期研究地球气候临界点的科学团队撰写的评论文章指出，全球变暖产生的效应正在将地球向临界点推进。英国埃克塞特大学地球系统研究所主管蒂莫西·莱顿（Timothy Lenton）领导的研究团队在文中写道：“当前全球超过一半的气候临界点已经呈现出活跃状态，其中几个临界点的到来已经非常迫近”。

 

那么什么是气候临界点？气候临界点被触发后会发生什么？

 

气候临界点是什么？

 

“气候临界点”并不是新概念。在20年前，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）就提出了 “气候临界点” 的概念，并在其官方术语表中，将临界点定义为 [1]：“就气候系统来说， 临界点（Tipping point）指的是全球或区域气候从一种稳定状态到另外一种稳定状态的关键门槛。临界点事件可能是不可逆的”。

 

可以用2018年经济学诺奖得主威廉·诺德豪斯在其著作《气候赌场》里的比喻来进一步理解气候临界点的概念。想象一叶在水面上漂浮的独木舟，当独木舟倾斜进水的时候，一开始尚能保持平衡，但一旦船体倾斜到一定程度，独木舟就会瞬间倾覆——令独木舟瞬间倾覆的倾斜角就是临界点。

 

更通俗地说，临界点就是量变引起质变的关键节点，压死骆驼的最后一根稻草。

 

临界点具有两个不可忽视的特点。

 

第一个特点是不可逆性。到达临界点的累积时间可能很长，在这个累积时间段，避免触发临界点的努力是有意义的，而一旦触发临界点，系统可能会很快地翻入坏结果——在临界点之后，系统会进入新的平衡，但不会再是原来的状态。

 

第二个特点是难以预测性，而这也是其最危险的地方：尽管人们知道危险将会来临，却无法准确预见临界点何时到来。这有点像人类学家对于“灾难系统”的定义——我们经常能够预测危险的情况将出现，但是我们却不能预测灾难发生的准确时间。当我们意识到临界点来临时，临界点实际上已经被触发。

 

所以尽管地球系统极其复杂，研究气候临界点非常困难，但对人类来说这却非常重要。

 

已经识别出的地球临界点

 

经过多年的研究，气候科学家们已经识别出了一系列影响地球系统平衡的临界点。莱顿论文里列出了九个主要的临界点，其中的大部分在2018年 IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）发布的《全球升温1.5度特别报告》里也有提到。

 

九个气候临界点的表征包括：

 

目前已识别出的9个全球气候变化临界点，图源：Nature

 

（1）亚马孙热带雨林经常性干旱；

 

（2）北极海冰面积减少；

 

（3）大西洋环流自1950年以来放缓；

 

（4）北美的北方森林火灾和虫害；

 

（5）全球珊瑚礁大规模死亡；

 

（6）格陵兰冰盖加速消融、失冰；

 

（7）永久冻土层解冻；

 

（8）南极西部冰盖加速消融、失冰；

 

（9）南极洲东部正在加速消融。

 

下面将对其中三个代表性的临界点做简单说明。

 

我们已经接近临界点了吗？

 

在二十年前“临界点”的概念刚被提出时，IPCC 认为临界点可能会在全球升温达到5℃之时才会出现。随着科学界对于气候模型和气候科学的认识与运用不断加深，IPCC在最近的两份特别报告（IPCC2018年发布的《全球升温1.5度特别报告》， 以及2019年9月发布的《海洋与冰冻圈特别报告》）里指出，已有研究表明，一些临界点可能在1℃到2℃升温之间就会出现 [2]。

 

在11月28日《自然》杂志的文章中， 科学家认为在先前指出的9个临界点中，超过一半的临界点已经呈现出活跃状态，更有几个临界点被认为 “接近被触发，或者已经被触发”。

 

# 全球临界点一：南极西部海冰与格陵兰冰盖的大规模消退

 

这是目前识别出的临界点中，科学研究相对最为充分的一项。今年9月份IPCC发布的《海洋与冰冻圈特别报告》认为，全球冰川大规模融化对应的升温范围，应在升温1℃到4℃之间。而且当夏季升温在2℃时，就可能触发格陵兰冰盖的大规模消融 [3]。

 

事实上，一些区域性的临界点可能已经被触发。过去十年的研究表明，南极洲西部阿蒙森海的冰川消融可能已经突破了临界点 [4]——各个模型的演进都显示，在这片区域，海洋、陆地和基岩相遇的 “交界线” 正在持续后撤，且这种后撤的趋势不可逆转。有模型研究表明，当这部分冰川消失时，它可能会带来多米诺效应，使南极冰盖的其余部分遭到破坏，并可能致使全球海平面在未来数百年到几千年的时间上升约3米。

 

在北半球，格陵兰冰盖正在加速融化 [5]。模型研究表明，格陵兰冰盖融化的临界点在升温1.5℃时就可能被触发 [6]——考虑到现在的世界已经升温1℃，按照当前的排放趋势，升温1.5℃的世界可能在2030年就会到来。如果格陵兰冰盖全部融化，它会在数千年的时间内使海平面增加7米。

 

如果南极西部冰川和格陵兰冰盖融化的临界点被触发，这意味着，我们将会把子孙后代置于数千年之后生活在海平面升高十米的情境中。在海平面升高十米的世界里，洛杉矶、圣彼得堡、新奥尔良、上海、爱丁堡等主要城市，也许已经被海水淹没而不复存在 [7]。

 

尽管如莱顿所说，研究人员还需要更多的观测数据和时间来确定冰盖是否已经达到临界点，但可以肯定的是，全球距离触发大规模冰盖消融的临界点已经“非常接近”。

 

# 全球临界点二: 永久冻土的消融

 

地球的北方冻土封存着大约相当于当前大气中两倍数量的碳，这些沉睡在冻土层里的碳一旦解封，将会持续释放很长一段时间——就像是一台启动时间超长的机器，一旦被发动，就很难停下来。IPCC 报告写到：到2100年，即使全球升温控制在2℃，全球约四分之一的永久冻土也将会消融；而如果按照当前的排放速度，全球约70%的永久冻土会在本世纪末消融[8]。随着温度升高，大面积的永久冻土将在本世纪以及接下来的若干个世纪里持续“复苏”，那些从远古时代就被永久冻土封存的有机碳，将在微生物作用下转变为二氧化碳和甲烷， 进一步加强温室效应。

 

# 全球临界点三：亚马孙雨林失去固碳作用

 

亚马逊作为最大的热带雨林，是全球十分之一已知物种的栖息地，也是世界最大的储碳、固碳森林。在森林砍伐和气候变化的双重作用下，自1970年以来亚马孙雨林已有大约17%被毁。目前的推测是，在亚马孙雨林的毁林率在20%-40%之间时，雨林的临界点将会到来，亚马孙森林将可能进入非雨林气候，失去固碳的作用[9]。

 

作为缓解气候变化的得力帮手，亚马孙长期储存的碳大概相当于全人类十年的排放总量。一旦这样高数量的碳被释放到大气中，将使全球二氧化碳浓度激增10%。

 

事实上，已有研究发现，在过去的十几年间，世界各地的热带雨林已经开始变成净碳排放源，其中近60%的排放来自于美洲[10]。为此，科学家们发出警告：“我们认为理智的做法应该是要尽可能地将毁林率控制在远低于20%。因为众所周知，你不可能去为了准确地了解到毁林的临界点，而去触发这个临界点。”

 

临界点被突破后，级联效应将被触发

 

在了解了三个有代表性的气候临界点之后，是时候了解下这些临界点被联系起来会发生什么。科学家们认为，一旦气候变化的多米诺骨牌被开启，气候效应的正反馈机制将会发生作用—— 不但快速减少现有大气中的碳将变得更加困难，地球多个系统也将从碳汇变为碳源，地表反照率的变化也将改变微妙的能量平衡，而这一系列的正向反馈将进一步加剧气候变化，推动更多系统越过临界点。

 

两极的冰面消融就是典型的正反馈机制：大面积覆盖两极的白色冰雪能够反射太阳光，而如果冰雪融化，裸露出的棕色地表和深色海洋将会吸收更多的太阳辐射，从而加剧暖化，让更多冰雪消融，形成正反馈循环。

 

科学家们担心，突破一个系统的临界点，可能会增加突破其他系统临界点的风险。如果破坏性的临界点级联事件发生，则全球的级联效应（Global Cascade) 将变得不可避免，最终形成对人类生存与文明的威胁。

 

莱顿的团队警告：“目前累积增长的证据，正在指向一个令人不安的事实，那就是，地球的环境系统已经正在发生不可逆转的转变。我们认为，留给人类来避免临界点出现的时间已经接近于零，而允许我们达到净零排放的时间窗口，最多还有三十年。”

 

结 语

 

如果一位科学家手握能够预言未来的水晶球，他会说：“在公元的哪一年，当升温达到某一度，全球的这几个气候变化临界点将被触发……”然而现实的情况是，我们可以学习和查阅到很多关于气候临界点的信息， 但这些信息统统不能给到读者一个确切的答案：我们将在哪一个时刻跨过 “行动已经太迟” 的时间点，当那一天到来的时候世界会是什么样。

 

但是，“知道我们不知道什么”， 已经足够敲响警钟。我们越早采取行动，我们规避这些“临界点”的可能性就越大。诚如 Leton 所说：“当灾难有可能来临时，站在危险的一边去赌运气，不是一个正确的选择。”

 

参考资料：

 

[1]https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2019/03/AR5_SYR_Glossary_zh.pdf

 

[2]https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/chapter-3/ 见RF5 singular event 章节

 

[3]https://www.ipcc.ch/srocc/chapter/chapter-4-sea-level-rise-and-implications-for-low-lying-islands-coasts-and-communities/

 

[4]https://www.nature.com/articles/d41586-019-03595-0#ref-CR3

 

[5]https://www.ipcc.ch/srocc/chapter/chapter-4-sea-level-rise-and-implications-for-low-lying-islands-coasts-and-communities/

 

[6]https://www.ipcc.ch/srocc/chapter/chapter-4-sea-level-rise-and-implications-for-low-lying-islands-coasts-and-communities/

 

[7]https://informationisbeautiful.net/visualizations/when-sea-levels-attack-2/

 

[8]https://www.ipcc.ch/srocc/chapter/summary-for-policymakers/

 

[9]https://advances.sciencemag.org/content/4/2/eaat2340

 

[10]https://science.sciencemag.org/content/358/6360/230.full