人類世

人類世

人類世是指地球的最近代歷史,人類世並沒有準確的開始年份,可能是由18世紀末人類活動對氣候及生態系統造成全球性影響開始。這個日子正與詹姆斯·瓦特(James Watt)於1784年發明蒸汽機吻合。一些學者則將人類世拉到更早的時期,例如人類開始務農的時期。2010年6月,澳大利亞國立大學微生物學著名教授、人類消滅天花病毒的功臣弗蘭克·芬納稱人類可能在100年內滅絕,“人類世”將終結。

簡述

(圖)人類世
人類世
自260萬年前以來是第四紀。第四紀又分為兩個世,一個叫更新世(The Pleistocene),一個叫全新世(The Holocene)。更新世指的是從260萬年前到一萬多年前的地質年代;而從一萬多年前直到現在的則叫全新世。從地質學的角度看,人類生活的地質時期是顯生宙新生代第四紀中的全新世。全新世是在一萬多年前最近的一個冰川期結束後來臨的,與其它的地質世動輒百萬年甚至千萬年的跨度相比,這似乎是一個剛剛開始的地質時期。

早在1873年之前,人類就意識到自身對環境的影響。義大利地質學家安東尼奧·斯托帕尼將它稱為“人類世時代”。因為在過去的兩百多年中,人類已經成為了主導的地質學因素。諾貝爾化學獎得主保羅·克魯岑認為,人類已不再處於全新世了,已經到了“人類世”(The Anthropocene)的新階段。也就是說,他提出了一個與更新世、全新世並列的地質學新紀元——“人類世”。

概念提出

地質學上,依據所對應地層的生命特徵將地球46億年的歷史分成了前後兩個部分:前面是沒有明顯生命跡象的隱生宙,後面是有了明顯生命痕跡的顯生宙。顯生宙中又根據動植物形態的重大變化劃分出三個代,分別是古生代中生代新生代;中生代是裸子植物興盛和恐龍爬行動物橫行的時代,分為三疊紀侏羅紀白堊紀三個紀。新生代則是被子植物哺乳動物興盛的時代,包括第三紀第四紀兩個紀。第四紀是現代動植物活動的時期,分為更新世全新世。從地質學的角度看,我們人類生活的地質時期是顯生宙新生代第四紀中的全新世。

全新世是在一萬多年前最近的一個冰川期結束後來臨的,與其它的地質世動輒百萬年甚至千萬年的跨度相比,這似乎是一個剛剛開始的地質時期。然而,從2000年開始,越來越多的科學家們逐漸接受了這樣的觀點:地質史上一個新時期已經開始,這就是“人類世”。

2000年,為了強調今天的人類在地質和生態中的核心作用,諾貝爾化學獎得主保羅·克魯岑提出了人類世的概念。克魯岑指出:自18世紀晚期的英國工業革命開始,人與自然的相互作用加劇,人類成為影響環境演化的重要力量,尤其“在過去的一個世紀,城市化的速度增加了10倍。更為可怕的是,幾代人正把幾百萬年形成的化石燃料消耗殆盡。” “人類世”概括的正是從這一時期開始的地質變化,其特徵是從南極冰層捕獲的大氣中二氧化碳甲烷的全球性增高。克魯岑認為:人類活動對地球系統造成的各種影響將在未來很長的一段時間記憶體在,未來甚至在5萬年內人類仍然會是一個主要的地質推動力,因此,有必要從“人類世”這個全新的角度來研究地球系統,重視人類已經而且還會將繼續對地球系統產生巨大的、不容忽視的影響。

“人類世”的概念提出之後得到了許多科學家的回響,人們從不同的角度表示認同。中國著名地球科學家、國家最高科學技術獎獲得者劉東生指出,“人類世”雖然是地質學上的名詞,但卻提供了人與自然關係研究的新視角,並認為這個概念的提出可能是地質學上又一次飛躍,其意義可以與板塊構造學說相提並論。

背景

早在1873年之前,人類就意識到自身對環境的影響。義大利地質學家安東尼奧·斯托帕尼將它稱為“人類世時代”,他的定義是“一個全新的地球力量,世界將被這種更偉大的能量主宰”。

1926年,V .I.韋爾茲基也把人類日益增長的影響力稱為“進化發展的自然方向,對周圍環境有意識影響的效果越來越明顯”。韋爾茲基進而使用“人類圈”——— 世界的思想——— 這個概念來說明,人類大腦對我們未來和環境不斷增加的影響力。

(圖)人類世人類世

在過去的300年中,人口數量已經增加了10倍達到60多億,預計到本世紀,世界人口將達到100億。地球30%-50%的陸地資源已經被人類所占用。與此同時,人類飼養家畜的數量達到14億,它們產生的甲烷也對熱帶雨林產生破壞作用,從而導致二氧化碳的增加和物種滅絕的加速。人類對土地的耕種和開發利用也加速了對土壤的侵蝕,這比自然速率要快15倍。

同樣,水壩的修建和河流的改道目前非常普遍,人類對水資源的消費量已經比100年前增加了9倍。漁業已經撲殺了超過25%的淺海生物,35%的溫帶大陸架。此外,在20世紀,能源的消耗增加了16倍,導致每年1600萬噸的二氧化硫排放到大氣之中——— 為自然排放量的2倍多。與此同時,由於化石燃料的使用和農業活動導致“溫室”氣體顯著增加——— 二氧化碳增加了30%,甲烷增加了100%。這些現象在過去40萬年中都沒有過。由於目前的現象還只是由25%的人口產生,經濟活動的增長還將令環境惡化。

由此看來,目前的後果非常嚴重:酸雨,煙霧和全球氣候變暖等。根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)最近一項估算,本世紀地球的溫度將升高1.4-5.8°C,很多有毒物質被釋放在環境中,即便一些非有毒的物質,對大自然也是有危害的——— 例如氯氟碳導致南極臭氧層空洞

事態還在不斷惡化之中。從上世紀70年代中期,我們已經開始研究臭氧層遭受破壞的問題。結果發現,具有氯的化學屬性,例如溴起到一定的作用。臭氧空洞是一個全球性的問題,情況一年比一年惡化,這也不是南極洲春天事件。如果一直這么發展下去,災難性的後果將不可避免。

除非有災難性的事件發生——— 例如流星撞擊地球,世界大戰或是瘟疫的流行——— 人類將在接下來的很長一段時間都是影響環境的主要力量。因此,在這個“人類世”時代,科學家和工程師任務艱巨,他們將幫助我們解決問題,保持環境繼續穩定發展。這更需要我們所有人的努力,加強國際間的相互協調和利用大規模的生態工程項目來“最佳化”氣候,不過,至少目前來說,我們對大部分領域還一無所知。

改造地球

人類可以改變地球地質

人類的活動,尤其是工業革命後的人類的活動,已經成為了一種地質營力。過去講地質營力,有內力、外力之分。內力指的是地殼構造的運動,譬如地震和造山運動。外力指的是大氣、海洋、河流、冰川等的運動,譬如大氣運動造成了沙漠、黃土、沙塵暴等。在傳統的地質學那兒,人是不包括在地質營力里的。而人類世的這個概念則把人包括了進來,人也是一種地質營力,而且在瓦特發明蒸汽機以後,人已經成了一種主導的力量。地球作為一個系統,包括了大氣圈、水圈、土壤圈、岩石圈、冰凍圈、生物圈,等等。所有這些圈均受人類的影響,人成了整個地球系統中最活躍的因素。人可以影響到大氣,人可以影響到生物,人可以影響到海洋,人可以影響到河流,人可以影響到土壤,人可以影響到岩石。

影響地球的幾種方式

排乾河流

科學家把河流湖泊和地下蓄水層里的所有淡水都稱作“水(blue water)”,人類每年大約使用三分之一的藍水。地球上四分之一的江、河水,在到達海洋以前便被用完。從局部看,這會改變天氣模式。哈薩克斯坦鹹海乾涸,已經導致這一地區在夏季變得更熱,冬季變得更冷,而且現在這一地區很少下雨。

炭黑污染地球

炭黑污染地球炭黑污染地球

全球大約有5億個家庭(多數分布在亞洲和非洲)在做飯時燃燒木材、煤炭和動物糞便。這個過程釋放的炭黑進入大氣,形成一層吸熱層;水汽聚集在這些粒子周圍,形成雨點,當雨水降落到地面上時,同時落下的炭黑會使地面的吸熱性變得更強。據估計,20世紀北極溫度上升的3.4華氏度中,大約有一半是由炭黑造成的。或許它還通過減少南亞和西非的降雨量,已經改變了天氣模式。除此以外,炭黑可能還導致喜馬拉雅山上的冰川融化,對數億人的淡水供應產生威脅。

農耕影響

現在有大約12%的地球表面被用來耕種作物。很難預測這種情況可能會引起的一些後果。例如,人類要了解美國大平原的農業對天氣產生了什麼影響非常困難。其他一些後果非常明顯。人類亂砍濫伐亞馬遜雨林,擾亂了局部地區的蒸發和冷凝循環,使這一地區變成熱帶的可能性大幅增加。如果亞馬遜雨林吸收二氧化碳的能力大大喪失,地球的溫度將會上升。
更致命的是,農業施用化肥,導致大量氮和磷流失到局部環境裡。每年人類大約從大氣里收集1.2億噸氮,把它轉變成對肥料有好處的“活性”形式。除此以外,人類每年還從地下開採2000萬噸磷。在這兩種情況下,這些物質不僅進入了生物群,而且其中大部分還隨江、河流入海洋,使海洋里的死亡區域迅速增大。

珊瑚礁“消滅”

(圖)人類世
人類世能影響地球生態
在當前發生的所有生物滅絕事件中,最具戲劇性的恐怕就是珊瑚礁的消失。珊瑚礁被譽為海洋中的“雨林”,是眾多海洋生態系統的基礎。過去五十年,由於污染、氣候變化、過度捕撈以及海洋酸化,地球上四分之一的珊瑚礁消失,三分之一的珊瑚礁種類瀕臨滅絕。珊瑚礁及依賴於珊瑚礁生存的動物的消失,不僅僅會對漁業的發展構成威脅。
從地球物理學角度講,生態系統是調節營養物和能量循環的生物學機制。支離破碎的生態系統顯然無法做到這一點,比如曾經富饒的地中海西北部,如今成了細菌和水母的天堂。有科學家認為,歷史上發生的大規模海洋生物滅絕事件造成地球碳循環在接下來的數百萬年陷入大幅波動。結果,海洋生態系統喪失了調節能力,天氣與氣候變化隨之而來。在過去五億年間,地球上發生過五次生物大滅絕事件,而現在第六次就在眼前。
塑膠革命

人類工業發展使得人們發明創造了許多在地球歷史上未知的化學物質,它們可以數千年在環境中保持活躍狀態,這其中包括殺蟲劑中使用的化合物,尤其是塑膠製品中的化合物。每年,全世界大約生產600億噸塑膠製品。在高劑量時,這些化學物質可以擾亂動物的內分泌系統,誘發癌症,改變繁殖方式。

工業廢氣改變大氣構成工業廢氣改變大氣構成

在低劑量時,人們對它們的作用還不了解,但這種作用可能涉及細微而廣泛的壓力,最終改變生態系統的構成。據聯合國估計,地球海洋每平方英里就有4.7萬塊塑膠製品。世界各地都檢測到低含量的有機污染物和源於塑膠的內分泌干擾素,即便是從未使用過這些東西的地區,比如南極洲。

改變大氣構成

驅動人類世“經濟發動機”運轉的燃料基本上源於取自地下的富含碳的材料,燃燒後即成了燃料。結果,每年約有400億噸二氧化碳被排放到大氣,使礦物燃料消耗成為人類所未意識到的最大規模地球工程學實驗。人類世是指地球的最近代歷史,並沒有準確的開始年份,可能是由18世紀末人類活動對氣候及生態系統造成全球性影響開始。
如今,大氣中吸熱的二氧化碳含量達到1500萬年來的最高水平,造成全球天氣模式產生變化,平均溫度升高。部分二氧化碳還被海洋吸收,改變了氫離子和碳酸鹽離子在海水中所占的比例,令海水變酸。珊瑚、浮游生物和甲殼類動物可能因此走上滅絕之路。未來幾百年,海水pH值的變動可能會達到近3億年來的最高水平。

地質特徵

科學家們認為,人類的活動已經徹底改變了地球,不僅僅是地表,而且連地質年代都改變了。

從地質年代(Geological Epoch)上看,目前所處的年代屬於“全新世”(Holocene),大約已經有11000年的歷史。但是,許多證據都表明,在1950年以後的幾十年中,地球的一些地質特徵發生了明顯變化。科學家們說,人類活動很可能引發了一個新的地質年代——人類世(Anthropocene)。

(圖)人類世人類世

從1950年起的50年中,人口總數、風化率、大氣中二氧化碳含量、全球氣溫和海平面都發生了異動,與過去10000多年來的變化趨勢截然不同。科學家們認為,人類造成的地質變化,主要體現在以下四個方面:

1. 地質沉積率的改變(Changes to Physical Sedimentation)

人類使得陸地上的侵蝕和風化大大加速。直接的表現是農業和各類建築物,間接的表現是修建大壩改變河道。人類引發的風化率比自然風化率高出一個數量級。

2. 碳循環的波動和氣溫變化(Carbon Cycle Perturbation and Temperature)

大氣中的二氧化碳含量在2005年是379ppm,比工業化時代前高出三分之一,是將近1000萬年以來的最高值。即使是保守地預測,到21世紀末期,這個含量還將翻倍。大氣中的甲烷(Methane)含量已經比工業革命前翻了一倍。變化速度之快前所未有。

全球氣溫的變化滯後於溫室氣體含量的變化。這可能與人類大量排放硫酸鹽有關。但是,20世紀氣溫的總體趨勢是在上升,並且在過去20年中開始加速。科學家們一致同意,二氧化碳的排放是主要原因。有預測說,21世紀結束時的氣溫,將比現在高1.1 °C到6.4 °C。這將是6000萬年以來的最高氣溫。

3. 生物的變化(Biotic Change)

人類造成了很多動物和植物的滅絕。這個過程可能早在1萬年前就開始了。並且,人類還造成大多數巨型動物種群的消失。物種的加速滅絕和生物數量的下降,已經從陸地蔓延到了海洋。這種生物種群的變化速度堪與冰河期來臨時相提並論。

預期中的氣溫上升,還將對許多生物的聚居地帶來毀滅性的變化。這種變化可能比上一個冰河期時更嚴重,因為那時環境中沒有人類活動,生物“逃生”的路線比現在大得多。

4. 海洋的變化(Ocean Changes)

從全新世開始前到工業革命前,海平面在1萬多年中,大約上升了120米。上個世紀的海平面只有輕微的上升。有預測說,到2100年,海平面將比現在上升0.19–0.58米。這個預測沒有考慮到近期地球的冰帶區域出現了加速融化的趨勢。在全新世早期,大量冰山崩塌曾經引發海平面的快速上升。現在預測只是一個短期預測,從長期來看,當達到新的均衡狀態時,可能氣溫每上升1度,海平面就將上升10-30米。

相比工業革命前,表層海水的PH值變小了0.1了,這意味著海水變得更酸性了。這主要是因為人類排放二氧化碳。未來海水的酸性化趨勢,與二氧化碳排放密切相關。它的後果一方面是物理的(海洋底部碳沉積物的溶解),另一方面是生物的(許多分泌碳來構造自身骨架的生物,將無法成長)。這對海洋中的珊瑚礁和許多處在食物鏈底層的浮游生物都有巨大的影響。

示意圖

(圖)人類世人類世地質示意圖
上面的這張圖。橫軸代表了時間,一格就是1000年,右邊的原點是公元2000年。左邊的虛線代表了全新世。

影響意義

人類活動已經成為一種重要的地質推動力,在已經持續了200年的人類世中,地球環境發生的許多重要變化無法與人的活動分開,包括沉積物的腐蝕和類型發生巨變;碳循環出現大的波動;生物從開花時間到新遷徙類型均發生大規模改變;海洋酸性化,海洋中所含的碳酸氣比空氣中的高出50%,位於食物鏈底層的小型海洋生物生存受到威脅;等等。

如果說我們這些普通人對這些生澀的科學術語所反映的事實很難有什麼共鳴的話,那么,科學家提醒我們留意一下氣候的變化。因為今天,全球變暖不只是科學家筆下單調的上升數字,而是人們不得不體驗的實際過程。

在20世紀,地球表面的平均氣溫大約上升了0.6℃,全球氣候變暖導致地球上大部分地區的冰正在融化,南北極凍的面積在快速縮小,高山冰川不斷後退。按照目前的融化速度,就在21世紀,就在眼前,我們將看到北冰洋無凍的夏季,看到沒有積雪的吉力馬札羅山

科學家們警告說,如果全球平均氣溫繼續上升,氣候變化可能導致地球主要的物理學基礎發生變化,並使地球進入危險狀態,將出現海平面大幅上漲、災害天氣頻發等現象。前不久發生在我國南方的低溫雨雪冰凍災害,以及世界其他地區的極端天氣,已經讓人們見識了天氣的無常。

工業革命以來人類對環境的影響是巨大的,已經達到了不容忽略的程度,“人類世”概念的提出,正是地質學界對這一事實的應對。

雖然“人類世”只是一個尚未得到公認的地質學概念,然而它的影響卻不會僅僅局限在地質學內部,因為它涉及了現實的人與自然的關係。

當得知人類活動能夠在地球系統上打下明顯烙印的時候,我們也許會有一點自得,畢竟地球有史以來還沒有哪一個單獨的物種能夠做到這點。可是要知道地球是一個非常複雜的系統,各因素之間的相互作用在時間和空間上都是無比精妙的,我們對地球系統施加的影響必將反過來作用於我們,更何況這種影響本身就對人類自身不利。根據IPCC 2007年的評估報告,在現存各種不同的經濟社會模式照舊運行的前提下,未來50~100年,全球氣候仍將繼續向變暖的方向發展,預計到本世紀末,全球地表的平均增溫1.1℃~6.4℃,海平面相應上升0.18~0.59米。這種增溫如果持續千年,將會造成最大幅度達7米的海平面的上升。

“人類世”的提出給了人類一個警示,也給了一個機會。過去人們在無知的狀態下影響環境,未來人們將會在清醒的狀態下控制和引導自己的行為,通過溫室氣體減排等措施,阻止氣候繼續變暖的趨勢,努力維繫地球億萬年才進化出的這個剛好適於人類生活居住的環境,避免自毀家園。

滅絕說

弗蘭克·芬納教授站在澳大利亞首都坎培拉的國立大學微生物學院自己的油畫像前。弗蘭克·芬納教授站在澳大利亞首都坎培拉的國立大學微生物學院自己的油畫像前。

2010年6月,據澳大利亞《先驅太陽報》和《澳大利亞人》綜合報導,澳大利亞國立大學微生物學著名教授弗蘭克·芬納(Frank Fenner)稱:“聽起來可能有點不可思議,但人類可能在100年內滅絕,不僅我們的子孫,包括其他動物也會滅絕。”他補充道,這是一個不可逆轉的情況,這是人口大爆炸、無節制的浪費和全球變暖惹的禍。

弗蘭克教授在人類消滅天花病毒的戰役中起過主導作用,1980年他在世界衛生大會上宣布成功撲滅天花,這至今仍是世界衛生組織最大成就之一。他寫的天花病毒專著,重量多達3.5公斤;他的另一項成就是使用粘液瘤病毒控制澳大利亞野兔成災的問題。他因此獲得了多項大獎,著作多達22本。

他說,人類目前已經進入工業化革命後的“人類世”,他認為人類對地球的影響比冰河時期或彗星撞地球還嚴重,原始人類歷史證明,當時的人們不懂科學,也不製造二氧化碳等溫室氣體,不導致全球變暖,他們可以存活4-5萬年之久,然而現在的人類卻不行。

他最後表示,儘管有人想為環境做些什麼,但那些努力都被無限推延了。“我提出這個末世論是為了引起人們的重視,讓人們了解問題的嚴重性,只要還有一絲希望,就要努力去解決。現在我們有解決問題的科學知識,我們所缺少的,只是解決問題的政治上的意願和決心。”

兩個標誌性時間

“人類世”可能已經開始的兩個標誌性時間
2015年3月12日《自然》雜誌刊文指出,認為“全新世”已經結束、被稱為“人類世”的一個由人類主導的新的地質時期已經開始的觀點正在受到廣泛討論。關於“人類世”是什麼時候開始的目前還沒有正式結論,同時確定作為一個正式地質時間單位的一個地質時期的開始需要找到在地層材料中所記錄的地球狀態變化的一個全球性標記。SimonLewis和MarkMaslin針對認可一個新地質時期的正式要求分析了地質記錄中由人類因素所產生的特徵,識別出了可能標誌著“人類世”開始的兩個時間——1610年和1964年

地質時代百科


與時間相關的

時間單位 取法自然:銀河年 · 默冬章 · · · · 日[時間概念]
人為單位: · · · · · · 年代 · 世紀 · 千年
天文的年 交點年· 回歸年· 恆星年· 近點年· 儒略年
天文的月 交點月· 回歸月· 恆星月· 近點月· 朔望月
天文的日 儒略日· 太陽日· 恆星日· 曆書日
天文的時 恆星時· 民用時· 曆書時
時間標準 國際原子時· 協調世界時(UTC)· 格林尼治標準時間(GMT)· 地球時(TT)· 力學時(DT)
授時與守時 授時原時· 曆元· 歲差· 均時差· 偕日升
守時地方平時· 時區· 標準時間
其他 剎那· 時辰地支)· · 大時· 晝夜平分點

年代學

地質年代參照表

宙|宙年代開始
百萬年前(GSSP)
主要事件
顯生宙新生代新近紀全新世0.011430 ± 0.00013人類繁榮
更新世1.806 ± 0.005冰河時期,大量大型哺乳動物滅絕
人類進化到現代狀態
上新世5.332 ± 0.005人類的人猿祖先出現
中新世23.03 ± 0.05
古近紀漸新世33.9 ± 0.1大部份哺乳動物目崛起
始新世55.8 ± 0.2
古新世65.5 ± 0.3
中生代白堊紀99.6 ± 0.9恐龍的繁榮和滅絕
白堊紀-第三紀滅絕事件,地球上45%生物滅絕
有胎盤的哺乳動物出現
侏羅紀199.6 ± 0.6有袋類哺乳動物出現
鳥類出現
裸子植物繁榮
被子植物出現
三疊紀251.0 ± 0.7恐龍出現
卵生哺乳動物出現
古生代二疊紀299.0 ± 0.8二疊紀滅絕事件,地球上95%生物滅絕
盤古大陸形成
石炭紀359.2 ± 2.5昆蟲繁榮
爬行動物出現
煤炭森林
裸子植物出現
泥盆紀416.0 ± 2.8魚類繁榮
兩棲動物出現
昆蟲出現
種子植物出現
石松和木賊出現
志留紀443.7 ± 1.5陸生的裸蕨植物出現
奧陶紀488.3 ± 1.7魚類出現;海生藻類繁盛
寒武紀542.0 ± 1.0寒武紀生命大爆炸
元古宙新元古代埃迪卡拉紀630 +5/-30多細胞生物出現
成冰紀850發生雪球事件
拉伸紀1000羅迪尼亞古陸形成
中元古代狹帶紀1200
延展紀1400
蓋層紀1600
古元古代固結紀1800
造山紀2050
層侵紀2300
成鐵紀2500
太古宙新太古代2800第一次冰河期
中太古代3200
古太古代3600藍綠藻出現
始太古代3800
冥古宙早雨海代地球上出現第一個生物---細菌
酒神代古細菌出現
原生代地球上出現海洋
隱生代地球出現

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