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撰文 | 唐自華（中國科學院地質與地球物理研究所）
責編 | 王冠麗
氣候本身就有韻律。如果氣候變化可逆，我們還需要擔心啥？
1. 氣候變化是可逆的嗎？
去問古氣候學專業的研究生，第一反應的答案都會是：可逆。
畢竟冰期-間冰期旋迴是過去幾百萬年氣候變化的主旋律。塞爾維亞的土木工程師兼數學家米蘭科維奇（Milutin Milanković）在1920年代準確計算了北緯65°的夏季太陽輻射變化。這個由地球公轉軌道引數決定的微弱變化，透過地球氣候系統的放大和傳遞，可以解釋過去幾百萬年甚至上億年氣候的週期變化。這是與板塊構造並列的地球科學主要成就。
我們可以從海洋沉積、冰芯、黃土以及石筍中觀察到2萬年、4萬年、10萬年等不同週期，都與地球公轉軌道引數有關：理論上可預測、數學上可解、物理上可追溯。
有周期，當然可逆。
那一萬年以內呢？
也有周期。多年前，北大西洋地區就發現氣候有1500年左右的週期。最近，我的同事在中國東北的湖泊記錄中不僅檢出了500年氣候週期（Wu et al。， 2019； Xu et al。， 2019），還發現人類活動與氣候密切相關。相似的情形也出現在埃及。
著名社會學家 Andre Gunder Frank（1993）主張，從青銅時代開始，世界政治經濟體系就存在以500年為週期漲落。他甚至把同步參與500年經濟週期的區域定義為世界體系的範圍。
2. 如果只關注過去100多年的氣候變化，還可以逆轉嗎？
這是一個很嚴肅的問題。
先要看這100多年的氣候變化在歷史上的地位，再看這些變化後續反應如何。
聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最新的評估報告（AR5）確認，1880-2012年間地球溫度升高了0。85°C，而且1951-2010年的全球變暖一半以上是由人類活動導致的。在可能影響地球溫度的人類活動中，最重要的是排放二氧化碳（CO2）。1880-2012年間，大氣二氧化碳濃度從280上升到391ppmv（ppmv，表示氣體濃度的單位，百萬分之一）。
從幅度上看，不足1°C的變暖在地球歷史中不值一提。但二氧化碳濃度增加對溫度的影響還沒有完全顯現。2019年12月2日，第二十五屆聯合國氣候變化大會開幕的當天，二氧化碳濃度為410。9ppmv。稍早前的5月15日，二氧化碳濃度一度達到415。64ppmv。而從冰芯氣泡中直接測量的二氧化碳濃度在過去80萬年裡從未超過300ppmv，間冰期甚至不足180ppmv。大氣二氧化碳濃度上次達到400ppmv還是在300萬年前。
2分鐘看盡80萬年CO2濃度變化
IPCC第四次評估報告中曾把古新世−始新世極熱事件（PETM）與當前人為變暖和相比較。PETM事件發生在距今5600萬年前，是恐龍滅絕以來確定由溫室氣體導致的唯一一次全球增溫事件，事件中溫室氣體排放量與工業革命到21世紀末人類活動排放的二氧化碳總量相當。但是，該事件持續約15萬年，開始階段至少持續1萬年。據估計，PETM事件發生時溫室氣體排放速率不到目前人為排放的1/10 （Cui et al。， 2011）。
寒武紀以來地球溫度歷史（注意橫座標單位，分段線性座標。來源：wiki）
https：//
en。wikipedia。org/wiki/G
eologic_temperature_record
如果進一步考慮未來趨勢，人類照常使用化石燃料（下圖RCP8。5曲線），大氣二氧化碳濃度可能在2250年達到峰值，約2000ppmv，與2億多年前的三疊紀時期相當。如果地球化石燃料儲量耗盡（下圖Wink12K曲線），大氣二氧化碳濃度在2400年可能達到5000ppmv，明顯高於過去4億年裡的任何時間（Foster et al。， 2017）。
CO2濃度的時間演化
簡單地說，人類對氣候系統的影響，僅就二氧化碳來說，目前濃度已經超過過去300萬年的水平，增長速度至少超過過去5600萬年，而未來可能突破過去4億年裡的最高水平。
諾貝爾化學獎得主 Paul Crutzen 提出用 “人類世” （Anthropocene）描述人類廣泛且深刻影響地球的時代。汪品先院士指出：“人類世” 的意義在於打破了地球科學的時空界限。僅用數十年，人類社會對地球系統的影響程度就超過了億萬年的自然演化。
3. 那，現在氣候變化是不可逆麼？
很難逆轉。
人為溫室氣體排放已經導致氣候系統所有組成部分發生變化。IPCC 第五次評估報告扼要列舉了已經觀測到的氣候系統變化，包括：地球所有區域和對流層內都顯著變暖，水迴圈強度增加，極端天氣頻率增加，海洋上層變暖且變暖速度正在加快，冰蓋和冰川持續損失、海平面上升以及海洋酸化。
我們每一天都在面對史無前例的氣候變化，嚴格地說，沒有相似形可以套用（Haywood et al。， 2011）。即使如此，古氣候研究仍然為全面評價氣候變化趨勢和機制提供了有意義的借鑑。
1988年，IPCC成立前夕，古氣候學者從深海沉積中首次發現了氣候突變（Heinrich， 1988），推出了氣候系統 “閾值” 概念。地球系統學者認為，突變不僅侷限於氣候狀態，而且轉變不一定同步，更傾向於使用臨界要素 “tipping elements” 和臨界點 “tipping point” 來描述。臨界要素通常要有一個與人類活動有關的控制引數，突破臨界點後要素狀態發生本質變化，並對人類有重要影響。
由英國丁達爾氣候變化研究中心的 Timothy Lenton （2008）領銜編制了一份臨界要素清單，並評估了它們的臨界點在哪裡，試圖透過建立早期預警系統來檢測某些臨界點的接近程度。
地球氣候系統的臨界要素（Lenton et al。， 2008）
這些臨界要素的控制引數、到達臨界點所需的升溫幅度、轉變速率以及影響各不相同。臨界要素之間還存在級聯效應：打破某一要素，可能導致一系列臨界要素不斷被打破，引發更嚴重的環境災難。
臨界要素級聯（Steffen et al。， 2018）
緊接著，美國環境化學家 Susan Solomon 團隊（2009）評估了二氧化碳停止排放後，大氣溫度、水文迴圈以及海平面變化，認為千年尺度上二氧化碳排放導致的氣候變化是不可逆的。這讓氣候變化的威脅立刻變得嚴峻起來。
最近幾年，幾乎所有的氣候變化預警都是圍繞臨界要素展開，亞馬孫雨林、格陵蘭冰蓋、溫鹽環流更是屢屢成為新聞焦點。2019年11月27日，距離世界氣候變化大會開幕不足一週，臨界要素的提出者 Timothy Lenton （2019）教授在 Nature 發表評論，指出：多個臨界要素已經逼近臨界點，包括亞馬孫森林受到廣泛破壞、北極海冰減少、珊瑚礁大規模死去、格陵蘭和西南極冰蓋融化等。一旦某個臨界要素越過臨界點，經過一系列的正反饋將加劇氣候變化，將推動更多臨界要素越過臨界點，後果難以預料。這稱為“臨界點全球級聯”。Lenton 團隊認為，我們正在逼近 “熱室地球” 的臨界點全球級聯。
臨界要素警報拉響（Lenton et al。， 2019）
“熱室” 是國際地圈-生物圈研究計劃前主席 Will Steffen （2018）用來描述人類世地球氣候的可能情形之一：人類繼續排放溫室氣體，導致地球持續高溫。他認為：過去半個世紀，人類世的地球系統正快速脫離冰期-間冰期自然波動。當前已經比工業革命前升溫1°C，大氣中二氧化碳濃度超過第四紀所有冰期旋迴。有理由相信，地球系統已經通過了可能演化路徑中的三岔路口，任何微小的波動都能使地球跳出下一個冰期旋迴，淪入熱室地球，發生不可逆的氣候變化。
人類世地球系統演化路徑（Steffen et al。， 2018）
4. 全球動員，精誠合作，才有一線希望
人類社會必須在熱室狀態和冰期-間冰期旋迴之間找到一種新的 “企穩地球路徑”（stabilized earth trajectory）：在比工業革命前升溫兩度以內的條件下，竭力維持穩定。必須指出，“企穩地球” 已經激活了某些臨界要素，某些關鍵生物群區的非線性過程和快速變化隨時可能發生。這不是地球的固有狀態，人類必須為之付出極大代價才能避免地球系統越過閾值，需要精心籌劃以減少對地球的不利影響，有效監測、改變行為來形成反饋迴圈。人類社會還必須增強系統的回覆能力，包括保障、緩衝、冗餘、多樣性等。
目前，社會經濟體系仍以高碳經濟增長和開發性資源利用為基礎，溫室氣體減排在全球範圍內乏善可陳。要避免熱室地球，不僅需要對行為、技術以及創新、治理和價值觀進行根本變革，更需要國際社會合作構建共同價值觀、原則和框架來支援變革。從根本上說，實現企穩地球需要在地球系統水平上重新定位和構建國內和國際體制。
這些變革才剛剛起步，地球系統儘管還沒有越過熱室地球的臨界點，但是企穩地球的大門可能很快就會關上。只有意識到人類是地球系統的一部分，竭盡全力去維護和改善人類社會與地球系統的關係，才有望減緩氣候變化速率，甚至逆轉氣候變化趨勢。
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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。
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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。
