什么是行星边界(Planetary boundaries)

1.前言

虽然地球经历了许多重大的环境变化时期， 但地球的环境在过去的一万年里都能保持相对稳定。 而随着人类过程的日益增强，这可能会导致人类活动 将地球系统推到全新世最稳定的环境状态之外，其后 果对世界上的大部分地区都是有害的，甚至是灾难性的。 在某些情况下，环境的突变，导致不利于人类发展的 状态的结果可能是不可逆转的。

2.定义

这些行星边界定义了人类相对于地球系统的安全运行空间， 并与地球的生物物理子系统或过程有关。

3.深入理解与实例介绍

地球的许多子系统的反应是非线性的，通常是突然的，并且对某些关键变量 的阈值水平特别敏感。大多数阈值可以由一个或多个控制变量的一个临界 值来定义。但并不是地球上所有的过程或子系统都有明确的阈值，人类 行为破坏了这些过程或子系统的弹性，而这会增加在其他过程超过阈值 的风险，例如土地和水的退化会使气候系统有超过阈值的风险。

地球系统的某些过程和相关的阈值，如果跨越可能会产生不可接受的 环境变化。比如上图中所展现的9个“行星边界”：气候变化；生物 多样性损失率（陆地和海洋）；对氮磷循环的干扰；平流层臭氧消耗； 海洋酸化；全球淡水利用；土地利用变化；化学污染；以及大气气溶胶负荷。

人类可能很快就会接近全球淡水利用、土地利用的变化、海洋酸化和 对全球磷循环的干扰的边界（见图1）。我们的分析表明，地球系统 的三个过程——气候变化、生物多样性的损失率和对氮循环的干扰——已 经越过了它们的边界。对于后两个，控制变量分别是物种损失的速率 和氮气从大气中去除并转化为活性氮供人类使用的速率。如果不严重 削弱地球系统功能的主要组成部分的弹性，这些变化的速度就无法继 续下去。

3.1气候方面

从温度的角度而言，最好不要超过2℃。

从二氧化碳的角度而言，浓度最好不要超过350p.p.m.v，而当前 的二氧化碳浓度为387 p.p.m.v。

从辐射强度的角度而言，最好不要超过1Wm−2，而目前辐射强度的变化为1.5Wm−2。

实际上，二氧化碳升高后，可能会导致一系列的全球性变化。 如温度可能会上升4-8度，全球冰盖消融，两极地冰层的迅速融化， 以及这些过程所导致的一系列全球变化。

3.2生物灭绝方面

化石记录显示，海洋生物的背景灭绝率为每年每百万个物种中 有0.1-1次物种灭绝；为哺乳动物每年每百万物种有0.2-0.5次灭绝。 如今，物种的灭绝率估计是自然灭绝物种的100到1000倍。在本世纪， 多达30%的哺乳动物、鸟类和两栖动物物种将面临灭绝的威胁。

生物多样性的丧失发生在地方到区域层面，但它可能对地球系统 的功能产生普遍的影响，并与其他几个行星边界相互作用。例如， 生物多样性的丧失会增加陆地和水生生态系统对气候和海洋酸度 变化的脆弱性，从而降低这些过程的安全边界水平。依赖少数或 单一物种发挥关键功能的生态系统很容易受到其他因素如疾病等 干扰，并且更有可能进入崩坏状态的风险。

3.3氮磷循环

人类每年将约1.2亿吨氮气从大气中转化为活性形式，这比地球所有陆地过程的综合影响还要大。这些新的活性氮大部分最终进入环境，污染水道和沿海地区，在陆地系统中积累，并向大气中添加大量气体。它慢慢地侵蚀了重要的地球子系统的弹性。

氮循环和磷流动的人为改变已经使湖泊系统从清澈变为浑浊，海洋生态系统也受到了类似的变化。

4.平衡关系

虽然行星的边界是用单个的量和单独的过程来描述的， 但这些边界是紧密耦合的。如果一个边界被违反，那么 其他边界也面临着严重的风险。虽然证据表明现已有三个 界限被跨越，但我们的知识仍存在许多差距。初步量化 七个界限，但其中一些数字只是一个较好的猜测。此外， 由于许多边界是相互联系的，超过一个边界将以我们尚未完全理解 的方式对其他边界产生影响。对于造成危险的环境变化或引发其他 反馈会大幅降低地球系统或重要子系统回到安全水平的能力，也存 在重大的不确定性。

迄今为止的证据表明，只要不越过门槛，人类就有追求长期社会和经济发展的自由

参考文献

Rockström J, Steffen W, Noone K, et al. A safe operating space for humanity[J]. nature, 2009, 461(7263): 472-475.