編者按：看寒來(lái)暑往云卷云舒，思古往今來(lái)氣候變遷，中科院之聲與中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所聯(lián)合開設(shè)“大氣悟理”，為大家介紹大氣里發(fā)生的有趣故事，介紹一些與天氣、氣候和環(huán)境相關(guān)的知識(shí)。

最近，澳洲氣候?qū)W家斯特芬在采訪中聲稱，全球15個(gè)“氣候臨界點(diǎn)”已被激活9個(gè)，他認(rèn)為人類文明這艘水上漂浮的小船可能就像駛向冰山的泰坦尼克號(hào)一樣，崩潰是最可能的結(jié)果。雖然這樣的說(shuō)法有些夸張，但是一個(gè)或多個(gè)“氣候臨界點(diǎn)”被激活可能會(huì)導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的氣候破壞，給人類、生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)巨大的損失和負(fù)面影響。

2019年11月底《自然》雜志發(fā)表的一篇評(píng)論文章中，斯特芬教授列出了世界九大關(guān)鍵臨界點(diǎn)，分別是北極海冰、格陵蘭冰蓋、北方針葉林、永久凍土、大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流、亞馬遜雨林、暖水珊瑚、西南極冰蓋、東南極部分地區(qū)。

氣候臨界點(diǎn)是什么？為什么如此重要呢？讓我們細(xì)細(xì)談來(lái)。

（圖片來(lái)源 Timothy M. Lenton等，本文作者漢化）

 “氣候臨界點(diǎn)”——量變到質(zhì)變

“臨界點(diǎn)”是我們很熟悉的詞，意味著事物將從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)。2018年經(jīng)濟(jì)學(xué)諾獎(jiǎng)得主威廉·諾德豪斯曾有個(gè)比喻：一葉水面上漂浮的獨(dú)木舟，當(dāng)獨(dú)木舟開始傾斜進(jìn)水的時(shí)候，尚能保持平衡；但當(dāng)傾斜達(dá)到一定程度時(shí)，獨(dú)木舟就會(huì)傾覆——造成這個(gè)不可逆后果的傾斜角就是臨界點(diǎn)。

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的官方術(shù)語(yǔ)表中，氣候臨界點(diǎn)被定義為：“就氣候系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，臨界點(diǎn)（Tipping point）指的是全球或區(qū)域氣候從一種穩(wěn)定狀態(tài)到另外一種穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)鍵門檻”。一旦臨界點(diǎn)被激活，系統(tǒng)將無(wú)法回至原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。全部“氣候臨界點(diǎn)”被激活后，地球系統(tǒng)可能將重新洗牌。

（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

臨界點(diǎn)的逐個(gè)崩潰就像積木游戲（圖片來(lái)源：CarbonBrief）

“氣候臨界點(diǎn)”的第一個(gè)特性是不可逆性。全球增暖引起“氣候臨界點(diǎn)”被突破，進(jìn)一步引發(fā)多米諾骨牌式的正反饋效應(yīng)，可能會(huì)將全球的森林、海洋、冰蓋等系統(tǒng)推向不可逆轉(zhuǎn)的死亡深淵。且躍過(guò)臨界點(diǎn)后，氣候變化可能轉(zhuǎn)為更加陡峭的非線性指數(shù)級(jí)數(shù)變化（如2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024）。

（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

全球變暖背景下， “氣候臨界點(diǎn)”會(huì)被逐個(gè)激活，而“氣候臨界點(diǎn)”被激活后產(chǎn)生的影響又會(huì)反作用于全球變暖本身。如全球增暖之后，“臨界點(diǎn)”之一的極地永久凍土將會(huì)逐漸消融，遠(yuǎn)古時(shí)期封存于其中的有機(jī)碳將會(huì)以二氧化碳、甲烷等形式被釋放，進(jìn)一步加劇全球變暖。交叉臨界點(diǎn)會(huì)創(chuàng)造出更多的交叉臨界點(diǎn)，交叉臨界點(diǎn)在全球系統(tǒng)或子系統(tǒng)中不可預(yù)知地來(lái)回碰撞，產(chǎn)生大量的自我強(qiáng)化正反饋。一旦這種崩潰過(guò)程開始，越來(lái)越多的臨界點(diǎn)就會(huì)以越來(lái)越快的速度發(fā)生。

挪威斯瓦爾巴群島的永久凍土在不斷融化（圖片圖源：blickwinkel）

“氣候臨界點(diǎn)”的另一個(gè)特性是不可預(yù)測(cè)性。就像臺(tái)球一樣，一張固定的臺(tái)球桌代表我們已知的地球系統(tǒng)，僅需要開局時(shí)的條件，我們就可以利用已有的數(shù)學(xué)物理知識(shí)準(zhǔn)確地推斷出臺(tái)球的行進(jìn)路徑；但在“氣候臨界點(diǎn)”被激活后，臺(tái)球桌產(chǎn)生了變形，有序的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)變成無(wú)序的運(yùn)動(dòng)，臺(tái)球桌什么時(shí)候會(huì)變形，臺(tái)球未來(lái)將怎么樣運(yùn)動(dòng)，邁過(guò)“氣候臨界點(diǎn)”的世界將會(huì)變成什么樣，我們的答案只能是——不知道。

“氣候臨界點(diǎn)”——壓死駱駝的最后一根稻草

我們生活的氣候環(huán)境受到周邊氣候系統(tǒng)的控制，當(dāng)氣候系統(tǒng)崩潰時(shí)，我們的生活也會(huì)受到巨大的影響。舉個(gè)例子，我國(guó)黑龍江省哈爾濱市冬季一月均溫約為零下20°C，而較之緯度更高的英國(guó)倫敦，一月均溫卻高達(dá)2°C，這就是拜北大西洋暖流持續(xù)不斷地向西歐輸送低緯暖濕空氣所賜。

大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流在減弱（圖片來(lái)源：Summer K. Praetorius）

如果“氣候臨界點(diǎn)”被激活，北大西洋暖流消失了，世界又將會(huì)是怎樣一幅景象呢？美國(guó)經(jīng)典災(zāi)難片《后天》就講述了這樣的一個(gè)故事。由于全球變暖，“氣候臨界點(diǎn)”之一的“大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流”（北大西洋暖流為該系統(tǒng)北半球向北支）發(fā)生突變，北大西洋暖流消失，臨近北大西洋中高緯的歐洲和北美地區(qū)被冰河包圍，全球也即將陷入冰河紀(jì)。

（圖片來(lái)源：電影《后天》）

2015年，世界各國(guó)達(dá)成了《巴黎協(xié)定》，力求將全球溫升控制在2℃乃至努力控制在1.5℃。我們?nèi)梭w對(duì)于幾度溫升的體會(huì)可能會(huì)比較小，也許只是窗戶一開一合時(shí)房間變化的溫度。但這差別幾度的溫升會(huì)對(duì)“氣候臨界點(diǎn)”被突破的速度產(chǎn)生巨大影響，如在1.5℃升溫的世界，北極可能每百年才會(huì)經(jīng)歷一次無(wú)冰之夏，而在2℃升溫的世界，它每十年就會(huì)經(jīng)歷一到兩次。

北極海冰斷裂（圖片來(lái)源：Jenna Chamberlain）

套用劉慈欣在《流浪地球》中的一句臺(tái)詞：最初，可能沒(méi)有人在意某幾個(gè)“氣候臨界點(diǎn)”被激活，這不過(guò)是遙遠(yuǎn)北方的海冰面積有所減少，地球另一側(cè)熱帶雨林的幾次火災(zāi)，萬(wàn)里之外珊瑚礁的成片死亡。直到這場(chǎng)災(zāi)難和我們每個(gè)人息息相關(guān)。

巴西帕拉州首府貝倫附近亞馬遜雨林被大規(guī)模砍伐（圖片來(lái)源：Sue Cunningham Photographic）

澳大利亞昆士蘭州大堡礁北部的珊瑚礁在白化（圖片來(lái)源：Nature Picture Library）

生存？還是毀滅？

 “氣候臨界點(diǎn)”的定義也是個(gè)很恰當(dāng)?shù)碾[喻——“引爆要素（tipping elements）”，超過(guò)臨界點(diǎn)就仿佛引爆了一顆埋藏已久的炸彈。難道我們的結(jié)局只剩下撞上冰山這條毀滅之路了嗎？

人類面對(duì)危機(jī)時(shí)總不會(huì)坐以待斃，甚至?xí)挟?dāng)太陽(yáng)系不適宜生存時(shí)帶著地球一起流浪的想法。雖然現(xiàn)在的情況其實(shí)并沒(méi)有斯特芬教授說(shuō)的那么糟糕，但我們確實(shí)需要采取方法進(jìn)行自我拯救了。其中最重要的一點(diǎn)就是如何減緩全球變暖的進(jìn)程，將變暖程度降低在可控范圍內(nèi)。很不幸，這是一個(gè)看起來(lái)這么近但執(zhí)行起來(lái)那么遠(yuǎn)的目標(biāo)。

聯(lián)合國(guó)環(huán)境署今年年初發(fā)布了《排放差距報(bào)告2019》，報(bào)告稱過(guò)去10年幾乎是“被浪費(fèi)的十年”，世界各國(guó)幾乎沒(méi)有為遏制全球變暖做出任何實(shí)質(zhì)性的努力，當(dāng)初美好的減排控溫愿望似乎已經(jīng)化為泡影。

如果拖延至2025年再采取有效措施，須逐年減排15.5%才能實(shí)現(xiàn)將全球增溫幅度控制在1.5℃的目標(biāo)，這基本上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。（圖片來(lái)源：聯(lián)合國(guó)環(huán)境署）

不過(guò)這種結(jié)果也并不意外，因?yàn)槎糁迫蜃兣瘡膩?lái)就不只是一個(gè)氣候問(wèn)題。盡管目前學(xué)界已基本達(dá)成共識(shí)，認(rèn)為為應(yīng)對(duì)氣候變化而進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)調(diào)整和廢氣脫碳處理總體是有助于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與升級(jí)的，但相關(guān)產(chǎn)業(yè)的調(diào)整會(huì)影響既得利益群體，短期內(nèi)付出的高額減排成本也會(huì)讓發(fā)達(dá)國(guó)家那些只著眼于任期內(nèi)政績(jī)的政客們望而卻步。因此為遏制全球變暖，最終的方法可能依然需要由科技自身的發(fā)展來(lái)解決。

最直接的方法是通過(guò)提高能源使用效率、發(fā)展可再生能源等以減少溫室氣體排放，從而將全球溫升限制在可控范圍內(nèi)。第二種思路就是降低大氣中溫室氣體的現(xiàn)有濃度，手段包括碳捕捉和封存技術(shù)，以及生物固碳技術(shù)。但目前技術(shù)瓶頸仍然存在，大規(guī)模應(yīng)用還很困難。還有一些更大膽的想法，通過(guò)大規(guī)模改造行星環(huán)境，來(lái)遏制全球變暖（相關(guān)鏈接：“小小氣溶膠”還能影響全球氣候變化？），但改變地球行星環(huán)境可能會(huì)產(chǎn)生其他的負(fù)面影響。

2020年開局接二連三的災(zāi)難讓不少人開始懷疑這世界到底怎么了：澳洲大火、新冠病毒、我國(guó)南方接連不斷的暴雨……“氣候臨界點(diǎn)”逐一被突破后地球系統(tǒng)依然可以達(dá)到新的平衡態(tài)，但人類是否可以再次去適應(yīng)，我們不得而知。希望在全人類的共同努力下能讓進(jìn)擊的“泰坦尼克號(hào)”慢下來(lái)，也希望同一個(gè)地球上的我們，能早日認(rèn)識(shí)到自己也是地球系統(tǒng)的一部分，學(xué)會(huì)敬畏自然。

參考文獻(xiàn)：

1. Lenton, T. M., et al., 2008, Tipping elements in the Earth’s climate system: PNAS, v. 105, no. 6, p. 1786-1793.

2. Lenton, T. M., et al., 2019, Climate tipping points — too risky to bet against: Nature, v. 575, p. 592-595.