在地球上的所有生物中，人類操縱環(huán)境的次數(shù)最多。但是，在劇烈的事情發(fā)生之前，我們能把它推多遠(yuǎn)呢?

科學(xué)家們呼吁更好地了解過(guò)去的極端氣候變化事件，以預(yù)測(cè)未來(lái)的變化。

進(jìn)入亞利桑那州立大學(xué)的地質(zhì)考古學(xué)家和人類學(xué)家 C. Michael Barton。人類進(jìn)化與社會(huì)變化學(xué)院的研究員與基金會(huì)教授 Sander van der Leeuw 以及一個(gè)國(guó)際跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)于本周在《自然地球科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的分析。這篇論文描述了過(guò)去突然的氣候變化，是什么導(dǎo)致了這些事件的“臨界點(diǎn)”，以及隨后發(fā)生的事情。

巴頓說(shuō)：“長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直在向大氣中排放大量化學(xué)物質(zhì)，并改變大氣的熱量，而且這種方式確實(shí)集中了 150 年。” “而且，事情仍在繼續(xù)。全球氣溫正在緩慢上升，但我們還沒(méi)有看到巨大的、戲劇性的轉(zhuǎn)變。但是，如果你推得太多，復(fù)雜的系統(tǒng)可能會(huì)變得脆弱。”

巴頓研究地球的許多系統(tǒng)——特別是水循環(huán)和景觀——以及人類如何改變這些系統(tǒng)。

巴頓說(shuō)：“人們傾向于在一切突然改變之前看看你能把事情推進(jìn)多遠(yuǎn)。” “這就是人們認(rèn)為的臨界點(diǎn)。”

系統(tǒng)無(wú)處不在

對(duì)于像巴頓這樣的復(fù)雜系統(tǒng)專家來(lái)說(shuō)，幾乎所有事物都可以被視為系統(tǒng)或循環(huán)。一棵樹(shù)生長(zhǎng)和死亡，腐爛將養(yǎng)分返回到土壤中。水以不同的形式在地球上循環(huán)，如雨水、徑流和蒸發(fā)。

地球的一些主要系統(tǒng)包括水圈(水)、大氣(空氣)和冰凍圈(冰)。所有這些系統(tǒng)都是相連的。這項(xiàng)關(guān)于臨界點(diǎn)的研究著眼于這些系統(tǒng)的歷史，以量化可能導(dǎo)致突然、大規(guī)模變化的微小變化，同時(shí)還衡量一個(gè)突然變化如何觸發(fā)其他系統(tǒng)的突然變化。

該論文探討了先前對(duì)阿拉斯加灣沉積物核心、北非塵埃記錄和格陵蘭冰芯的研究。所有這些史前數(shù)據(jù)讓地球系統(tǒng)建模者和科學(xué)家更好地了解數(shù)十萬(wàn)年前地球的真實(shí)情況。

科學(xué)家們也一直在廣泛研究地球的海洋。這包括當(dāng)前的鹽分和氧氣含量、循環(huán)模式的變化以及來(lái)自冰蓋融化的淡水流入。可以將當(dāng)前的海洋狀況與從海底組成中收集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以推斷過(guò)去的洋流。

之前發(fā)生了重大變化

作者指出，過(guò)去極端氣候事件發(fā)生得如此之快，以至于人類要么難以適應(yīng)，要么無(wú)法適應(yīng)新環(huán)境。

例如，大約1500年前，歐洲突然變冷，導(dǎo)致植被發(fā)生變化。作者指出，冷卻可能是由自然現(xiàn)象——火山噴發(fā)引起的。植被和農(nóng)業(yè)的變化如此極端，以至于人們經(jīng)歷了饑荒和社會(huì)重組。這個(gè)時(shí)間與東羅馬帝國(guó)的轉(zhuǎn)型有關(guān)。

作者指出，由于不可預(yù)見(jiàn)的社會(huì)脆弱性，幾個(gè)世紀(jì)前的氣候事件如何引發(fā)古代文明的劇烈變化甚至崩潰。

一個(gè)例子是位于今東南亞的古城吳哥。生活在吳哥的人們通過(guò)引水種植莊稼改變了自然水循環(huán)。隨著城市的發(fā)展，該地區(qū)的供水系統(tǒng)變得非常緊張，以至于超過(guò)了臨界點(diǎn)。該系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)對(duì)更嚴(yán)重的干旱和洪水，吳哥城崩潰了。

仍有許多未知數(shù)

亞利桑那人知道，過(guò)去幾年比往常更干燥、更熱。巴頓說(shuō)，目前尚不清楚西南地區(qū)是否已經(jīng)過(guò)了臨界點(diǎn)。

每年降水量和氣溫略有波動(dòng)是正常的。但是最近對(duì)古代氣候的研究讓巴頓懷疑干燥的天氣模式是否已成為我們一生的新常態(tài)。

巴頓還指出，研究人員仍然不知道為什么有些天氣系統(tǒng)會(huì)發(fā)生變化。例如，過(guò)去的季風(fēng)降雨在沒(méi)有警告和不明原因的情況下發(fā)生了變化。這對(duì)人類來(lái)說(shuō)可能是災(zāi)難性的，因?yàn)橐蕾嚰撅L(fēng)的人會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)重的干旱，而其他人則沒(méi)有處理涌入的水的基礎(chǔ)設(shè)施。

該領(lǐng)域的研究仍存在空白。需要收集和量化更多原始數(shù)據(jù)，一些現(xiàn)有數(shù)據(jù)缺乏創(chuàng)建測(cè)試模型和模擬未來(lái)突然變化所需的精度和質(zhì)量。

研究人員還呼吁對(duì)氣候變化期間環(huán)境系統(tǒng)與人類社會(huì)之間的相互作用進(jìn)行更多分析。

最后，地球系統(tǒng)模型的改進(jìn)將幫助科學(xué)家能夠模擬人類在不久的將來(lái)可能會(huì)看到的突然變化。當(dāng)前的模型非常擅長(zhǎng)模擬更漸進(jìn)的氣候變化，但尚不能模擬記錄良好的過(guò)去突然變化。

作者希望這篇論文能提高對(duì)該領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，讓更多人了解分析長(zhǎng)期過(guò)去如何在不久的將來(lái)幫助我們。

例如，臨界點(diǎn)研究的一個(gè)組成部分是識(shí)別早期預(yù)警信號(hào)。這些是系統(tǒng)在突然變化之前較小的波動(dòng)。作者說(shuō)這些警告信號(hào)是存在的，但是當(dāng)整個(gè)世界都是焦點(diǎn)時(shí)，追蹤一個(gè)系統(tǒng)的微小變化如何能夠警告另一個(gè)系統(tǒng)的突然變化可能具有挑戰(zhàn)性。

有證據(jù)表明過(guò)去的警告信號(hào)。例如，在地球上一個(gè)冰河時(shí)代大規(guī)模融化之前，北太平洋地區(qū)和格陵蘭島周圍的氣候發(fā)生了異常變化。

“所有組件都可以非常非?？斓馗淖?，”巴頓說(shuō)。“整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)入不同的狀態(tài)……我們?cè)趺粗朗裁磿r(shí)候離得太近了?”

作者給讀者留下了最后一個(gè)想法：“作為人類，我們?cè)噲D預(yù)測(cè)未來(lái)。我們現(xiàn)在很清楚，復(fù)雜的系統(tǒng)，包括現(xiàn)在主宰我們星球的耦合社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)，可能會(huì)發(fā)生突然的變化……如果我們無(wú)法模擬過(guò)去的突然變化，也無(wú)法預(yù)測(cè)未來(lái)的變化。”

7 月 29 日發(fā)表的論文“地球系統(tǒng)中過(guò)去的突然變化、臨界點(diǎn)和級(jí)影響”由來(lái)自世界各地的 30 多名研究人員合著，其中包括 Barton 和 van der Leeuw。