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撰文 | 唐自华（我国科学院地质与地球物理研讨所）
责编 | 王冠丽
气候自身就有韵律。假如气候改动可逆，咱们还需求忧虑啥？
1. 气候改动是可逆的吗？
去问古气候学专业的研讨生，榜首反响的答案都会是：可逆。
究竟冰期-间冰期旋回是曩昔几百万年气候改动的主旋律。塞尔维亚的土木工程师兼数学家米兰科维奇（Milutin Milankovi ）在1920年代精确计算了北纬65°的夏日太阳辐射改动。这个由地球公转轨迹参数决议的弱小改动，通过地球气候体系的放大和传递，能够解说曩昔几百万年乃至上亿年气候的周期改动。这是与板块结构并排的地球科学首要成果。
咱们咱们能够从海洋堆积、冰芯、黄土以及石笋中观察到2万年、4万年、10万年等不同周期，都与地球公转轨迹参数有关：理论上可猜测、数学上可解、物理上可追溯。
有周期，当然可逆。
那一万年以内呢？
也有周期。多年前，北大西洋区域就发现气候有1500年左右的周期。最近，我的搭档在我国东北的湖泊记载中不只检出了500年气候周期（Wu et al., 2019; Xu et al., 2019），还发现人类活动与气候密切相关。类似的景象也出现在埃及。
闻名社会学家 Andre Gunder Frank（1993）建议，从青铜年代开端，世界政治经济体系就存在以500年为周期涨落。他乃至把同步参加500年经济周期的区域界说为世界体系的规模。
2. 假如只重视曩昔100多年的气候改动，还能够反转吗？
这是一个很严厉的问题。
先要看这100多年的气候改动在前史上的位置，再看这些改动后续反响怎么。
联合国政府间气候改动专门委员会（IPCC）最新的点评陈述（AR5）承认，1880-2012年间地球温度升高了0.85°C，并且1951-2010年的全球变暖一半以上是由人类活动导致的。在或许影响地球温度的人类活动中，最重要的是排放二氧化碳（CO2）。1880-2012年间，大气二氧化碳浓度从280上升到391ppmv（ppmv，表明气体浓度的单位，百万分之一）。
从起伏上看，缺乏1°C的变暖在地球前史中何足挂齿。但二氧化碳浓度添加对温度的影响还没有彻底闪现。2019年12月2日，第二十五届联合国气候改动大会开幕的当天，二氧化碳浓度为410.9ppmv。稍早前的5月15日，二氧化碳浓度一度抵达415.64ppmv。而从冰芯气泡中直接丈量的二氧化碳浓度在曩昔80万年里从未超越300ppmv，间冰期乃至缺乏180ppmv。大气二氧化碳浓度前次抵达400ppmv仍是在300万年前。
2分钟看尽80万年CO2浓度改动
IPCC第四次点评陈述中曾把古新世 始新世极热事情（PETM）与当时人为变温暖相比较。PETM事情发作在距今5600万年前，是恐龙灭绝以来确认由温室气体导致的仅有一次全球增温事情，事情中温室气体排放量与工业革命到21世纪末人类活动排放的二氧化碳总量适当。可是，该事情继续约15万年，开端阶段至少继续1万年。据估计，PETM事情发作时温室气体排放速率不到现在人为排放的1/10 (Cui et al., 2011)。
寒武纪以来地球温度前史(留意横坐标单位，分段线性坐标。来历：wiki)https://en.wikipedia.org/wiki/Geologic_temperature_record
假如进一步考虑未来趋势，人类照旧运用化石燃料（下图RCP8.5曲线），大气二氧化碳浓度或许在2250年抵达峰值，约2000ppmv，与2亿多年前的三叠纪时期适当。假如地球化石燃料储量耗尽（下图Wink12K曲线），大气二氧化碳浓度在2400年或许抵达5000ppmv，显着高于曩昔4亿年里的任何时刻（Foster et al., 2017）。
CO2浓度的时刻演化
简略地说，人类对气候体系的影响，仅就二氧化碳来说，现在浓度现已超越曩昔300万年的水平，增加速度至少超越曩昔5600万年，而未来或许打破曩昔4亿年里的最高水平。
诺贝尔化学奖得主 Paul Crutzen 提出用 “人类世” （Anthropocene）描绘人类广泛且深刻影响地球的年代。汪品先院士指出：“人类世” 的含义在于打破了地球科学的时空边界。仅用数十年，人类社会对地球体系的影响程度就超越了亿万年的天然演化。
3. 那，现在气候改动是不可逆么？
很难反转。
人为温室气体排放现已导致气候体系一切组成部分发作显着的改动。IPCC 第五次点评陈述简明列举了现已观测到的气候体系改动，包含：地球一切区域和对流层内都明显变暖，水循环强度添加，极点气候频率添加，海洋上层变暖且变暖速度正在加速，冰盖和冰川继续丢失、海平面上升以及海洋酸化。
咱们每一天都在面临前所未有的气候改动，严格地说，没有类似形能够套用（Haywood et al., 2011）。即使如此，古气候研讨依然为全面点评气候改动趋势和机制供给了有含义的学习。
1988年，IPCC树立前夕，古气候学者从深海堆积中初次发现了气候骤变（Heinrich, 1988），推出了气候体系 “阈值” 概念。地球体系学者以为，骤变不只局限于气候状况，并且改动不一定同步，更倾向于运用临界要素 “tipping elements” 和临界点 “tipping point” 来描绘。临界要素一般要有一个与人类活动有关的操控参数，打破临界点后要素状况发作实质改动，并对人类有重要影响。
由英国丁达尔气候改动研讨中心的 Timothy Lenton （2008）领衔编制了一份临界要素清单，并点评了它们的临界点在哪里，企图通过树立前期预警体系来检测某些临界点的挨近程度。
地球气候体系的临界要素(Lenton et al., 2008)
这些临界要素的操控参数、抵达临界点所需的升温起伏、改动速率以及影响各不相同。临界要素之间还存在级联效应：打破某一要素，或许会引起一系列临界要素不断被打破，引发更严峻的环境灾祸。
临界要素级联（Steffen et al., 2018）
紧接着，美国环境化学家 Susan Solomon 团队（2009）点评了二氧化碳中止排放后，大气温度、水文循环以及海平面改动，以为千年尺度上二氧化碳排放导致的气候改动是不可逆的。这让气候改动的要挟马上变得严峻起来。
最近几年，简直一切的气候改动预警都是环绕临界要素打开，亚马孙雨林、格陵兰冰盖、温盐环流更是屡次成为新闻焦点。2019年11月27日，间隔世界气候改动大会开幕缺乏一周，临界要素的提出者 Timothy Lenton （2019）教授在 Nature 宣布谈论，指出：多个临界要素现已迫临临界点，包含亚马孙森林遭到广泛损坏、北极海冰削减、珊瑚礁大规模死去、格陵兰和西南极冰盖消融等。一旦某个临界要素跳过临界点，通过一系列的正反应将加重气候改动，将推进更多临界要素跳过临界点，结果难以预料。这称为“临界点全球级联”。Lenton 团队以为，咱们正在迫临 “热室地球” 的临界点全球级联。
临界要素警报拉响（Lenton et al., 2019）
“热室” 是世界地圈-生物圈研讨方案前主席 Will Steffen （2018）用来描绘人类世地球气候的或许景象之一：人类继续排放温室气体，导致地球继续高温。他以为：曩昔半个世纪，人类世的地球体系正快速脱离冰期-间冰期天然动摇。当时现已比工业革命前升温1°C，大气中二氧化碳浓度超越第四纪一切冰期旋回。有理由信任，地球体系现现已过了或许演化途径中的三岔路口，任何细小的动摇都能使地球跳出下一个冰期旋回，沦入热室地球，发作不可逆的气候改动。
人类世地球体系演化途径（Steffen et al., 2018）
4. 全球发动，精诚协作，才有一线希望
人类社会有必要在热室状况和冰期-间冰期旋回之间找到一种新的 “企稳地球途径”（stabilized earth trajectory）：在比工业革命前升温两度以内的条件下，极力保持安稳。有必要指出，“企稳地球” 现已激活了某些临界要素，某些要害生物群区的非线性进程和快速改动随时或许发作。这不是地球的固有状况，人类有必要为之支付极大价值才干防止地球体系跳过阈值，需求精心谋划以削减对地球的晦气影响，有用监测、改动行为来构成反应循环。人类社会还有必要增强体系的回复才能，包含保证、缓冲、冗余、多样性等。
现在，社会经济体系仍以高碳经济稳步的增加和开发性资源利用为根底，温室气体减排在全球规模内乏善可陈。要防止热室地球，不只需求对行为、技能以及立异、管理和价值观进行底子革新，更需求世界社会协作构建一起价值观、准则和结构来支撑革新。从底子上说，完成企稳地球需求在地球体系水平上从头定位和构建国内和世界体系。
这些革新才刚刚起步，地球体系虽然还没有跳过热室地球的临界点，可是企稳地球的大门或许很快就会关上。只要意识到人类是地球体系的一部分，尽心竭力去保护和改进人类社会与地球体系的联系，才有望减缓气候改动速率，乃至反转气候改动趋势。
参考文献：
Cui, Y., et al., 2011, Slow release of fossil carbon during the Palaeocene-Eocene Thermal Maximum: Nature Geoscience, v. 4, no. 7, p. 481.
Foster, G. L., et al., 2017, Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years: Nature Communications, v. 8, p. 14845.
Xu, D., et al., 2019, Synchronous 500-year oscillations of monsoon climate and human activity in Northeast Asia: Nature Communications, v. 10, no. 1, p. 1-10.
Frank, A. G., 1993, The World System: 500 or 5000 Years?, Routledge.
Haywood, A. M., et al., 2011, Are there pre-Quaternary geological analogues for a future greenhouse warming?: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, v. 369, p. 933-956.
Heinrich, H., 1988, Origin and consequences of cyclic ice rafting in the Northeast Atlantic Ocean during the past 130,000 years: Quaternary Research, v. 29, p. 142-152.
Lapola, D. M., et al., 2018, Limiting the high impacts of Amazon forest dieback with no-regrets science and policy action: PNAS, v. 115, no. 46, p. 11671-11679.
