一、地球的承载能力
地球所能供养的人数用“承载能力”这一生态学的术语来表示。它是指一个生态系统作为一个有机整体，在没有失去平衡的情况下能够生存物种的最多个体数。承载能力不是绝对的，可以上下波动，但物种个体数一旦超过承载能力，生态系统的平衡就会被打乱，使生存物种的个体数量减少。例如，21世纪初，在美国凯巴布高原的生态系统中，在捕食者美洲狮和狼的制约下，鹿的数量保持在生态系统的承载能力内；在捕食者美洲狮和狼被大量捕杀，直至被全部消灭时，鹿的数量激增，大量的自然植被被过度啃食，环境遭到严重破坏，鹿群的数量超过了生态系统的承载能力，在以后的几年中，鹿群的90％被饿死，其余的则继续在制约其数量的饥荒和疾病的环境中挣扎。
地球对人口数量的承载能力则是指在维持人们基本生活并且不会使环境退化到未来某时期因缺乏食物和其他资源而突然出现人口减少的情况下，地球所能供养的人口数量。其前提条件是维持人们的基本生活，保持生态环境的平衡和稳定，不致造成生态失调和环境退化。很显然，在满足上述两个条件的情况下，要想精确地确定地球对人口数量的承载能力是不容易的。这是因为，人们对地球资源的数量以及它的被开发利用以满足人类需要的程度的见解是不同的。人类社会在不断向前发展，生产力水平在不断提高，相应地，人类的生活需求也将不断增加，并且人类的生活需要是多方面的。因此，这是一个很难确定的数字。人口从5亿到150亿这个范围内，各种估计都有，而多数学者认为，110亿左右是世界维持合理健康而又不算奢侈生活的人口限度。
地球上动植物的种类很多，但能够为人类所食用的却不多。人类无法直接消化许多植物中的纤维素，需要通过草食动物将其转化为人类可以食用的动物性食品。然而，不管是植物食品还是动物食品，人类所需要的这些能量归根结底来自太阳能。据估计，地球上的植物每年通过光合作用可以吸收固定30万亿亿焦耳的太阳能，即可以提供72亿千卡的热量。如果按每人每天平均消耗2200千卡的热量计算，则地球上可以养活9000亿人口。但是绿色植物所获得的能量并非全部被人类利用，因为以植物为食的不仅仅是人类，实际上，可供人类作为粮食和其他食物的只是其中很小的一部分。根据科学家们对一个生态系统所进行的科学观察，人类一般只能利用植物净生产量的1％，按照这个比率，地球所能提供的食物只够养活90亿左右的人口。当然，科学技术的无限进步将使绿色植物的光能利用率以及人类对植物产品的利用率不断提高，并发生革命性变革。然而，这种提高的幅度在一定历史时期内却又是十分有限的。
至于我国的适度人口，不同的学者从不同角度出发，得出过各自的结论。马寅初先生早在1957年就指出中国最适宜的人口数量为7～8亿，田雪原、陈玉光（1980）从就业角度研究了中国适宜人口数量，认为100年后中国适宜人口应在6．5～7．0亿；宋健等从食品和淡水资源的角度出发，估算了100年后中国适度人口数量应保持在7亿或7亿以下；胡保生等应用多目标决策方法，选择社会、经济、资源等20多个因素进行可能度和满意度分析，提出中国100年后的人口总数应保持在7～10亿为好；根据上述学者的研究结果，人口学家普遍认为我国的人口环境容量应在6．5～8．0亿，最大的人口临界点约为16亿，这是中国人口的极限，即中国土地可负荷和供养的最大人口数。目前，我国人口数量已超过13亿，早已大大超出社会经济负荷能力和资源合理承载能力。
二、人口增长导致环境恶化
人口的爆炸式增长给人类自身带来了一系列困难。在现今社会，衣、食、住、行是人们生活的最基本需要，因此，人口激增首先是对作为生活资料来源的各种自然资源的冲击，最终导致自然资源的匮乏，破坏生态平衡。同时，由于人类的生产、生活所产生的大量“三废”（废气、废水、废渣）和噪声等，最终导致全球环境的恶化。
1．人口增长对水资源的压力
水和太阳能是维持地球上所有生命的最主要的因素。地球生物圈水循环中可供人类使用的淡水资源量年平均为1．05亿立方米，在人均用水量不变的情况下，人口增长1倍，总用水量也相应增加1倍，如果考虑人均用水量随生活水平提高而增加，则用水量更需显著增加。例如，我国城镇人均生活用水量1952年只有38升，1987年增至121升，到2006年又猛增到212升。
工农业生产的发展使耗水量大幅度增加。1900年到1975年，世界人口约增加1倍，年用水量则由4000亿立方米增加到30000亿立方米，增加了6．5倍，其中农业用水量约增加5倍，工业用水量约增加20倍。
由于淡水资源不足，加之人口膨胀，用水量不断增加，致使目前地球陆地一半以上的地区缺乏淡水。我国水资源缺乏更为严重，人均径流量仅相当于世界人均径流量的1／4，不但远远低干那些人均水量较高的国家，甚至还赶不上人均水量较低的澳大利亚、印度尼西亚、墨西哥以及印度等国家。另外，我国用水效率低下使水资源短缺问题越发明显，目前我国整个北方缺水，为了解决用水不足的问题，不少地区盲目超采地下水，使许多地区和城市地下水位逐年下降，海水内侵。
人口增加对水资源、特别是对城市水资源造成了巨大的压力。
2．人口增长对土地资源的压力
土地是人类获取生物资源的基地，是人类生存的主要环境因素。在全球14900万平方千米的大陆土地上，只有1／4面积的土地适于耕种，1／4面积的土地适于放牧，而且分布得很不均衡。某些人口较少的发达国家耕地较多，而大量人口众多的发展中国家耕地则较少，这种人口和耕地的反差状况，本身就给人口众多的发展中国家的土地带来了很大的压力。目前，世界粮食增长赶不上人口增长的速度，粮食短缺问题严重，据联合国粮食及农业组织发表的《2004年全球粮食安全状况报告》中显示，2000年至2002年，全球饥饿人口比20世纪90年代中期增加了1800万，达到8．52亿，其中发展中国家8．15亿；饥饿和营养不良每年使500多万儿童死亡，饥饿直接和间接给各国造成巨额的经济损失。分析指出，造成粮食短缺的最主要原因是土地资源有限，人口数量与土地面积失调。在20世纪70年代初，平均1公顷耕地养活2．6个人，到2000年相同面积的土地则需要养活4个人。此外，由于人口的增加，耕地不断地转为它用，城市、乡村的不断扩展，公路、铁路的延伸，开矿山、建工几等，都无时不在蚕食着宝贵的耕地。目前世界人均耕地不足20世纪70年代初的一半。
我国土地短缺的情况更为突出。1996年耕地面积为19．51亿亩，到2005年仅有18．3亿亩，人均耕地面积只有1．4亩，不到10年就减少了1．21亿亩。
人们为了解决因人口膨胀而增加的粮食需求，便对土地过度利用，使耕地表土侵蚀严重，肥力急剧下降，导致土壤沙化。另外，由于大城市和工农业生产的发展，大量的废水、废渣排入农田，化学农药的广泛、大量使用造成土壤的严重污染。这样就更加剧了人口与土地资源的矛盾，这种紧张态势反过来又构成对人类生存和发展的威胁。
3．人口增长对能源的压力
能源是现代工农业生产的原动力，随着人口的增长和生产力的发展，人类对能源的需求量越来越大。能源紧缺是当今世界普遍存在的问题。能源紧缺的原因是多方面的，但就多数发展中国家来说，主要是人口激增造成的结果。在发展中国家，为了满足众多人口的基本生活需要，除了掠夺性地开采仅有的矿物能源之外，又不得不大量砍伐树木作为燃料，发展中国家的燃料有90％来自树木、作物秸秆等再生能源，每年所用木材大约在十亿立方米以上，这就加速了对森林资源的破坏。许多地区的树木被砍光，植物秸秆被烧光，甚至连牲畜粪便也被用来当做燃料。由于烧掉了粪便和秸秆，土壤中有机肥料减少，土壤肥力急剧下降，结果是粮食产量下降，人民生活更加贫困，生态环境也更加恶劣。
我国的能源也很紧张，不论是生产耗能还是生活耗能都供应不足，这已成为工农业生产发展的重大障碍。虽然我国能源储量和产量绝对数量大，但人均拥有量却不到世界平均水平的一半。广大农村每年用做生活燃料烧掉的植物秸秆就达4．5亿吨，但仍不能满足其需要，只得通过砍伐树木、挖掘草根作为补充，这样就造成了农业生态环境的严重破坏。由此可见，人口激增给能源供应带来了很大的压力。
4．人口增长对森林、草原的压力
森林、草原是人类生存的重要环境因素。在人口激增的重压下，为了解决粮食、住房、燃料和商业等需要，人类不断地开垦荒地、砍伐森林。森林、草原面积正在急剧减少。据相关研究，地球上的森林面积曾达到76亿公顷，但是随着人口的不断增长，人们不得不毁林造田，毁林盖房，使森林面积迅速下降。世界森林已减少了近2／3。今后，随着人口的激增，森林面积还将不断减少。
对森林植被的大量砍伐和破坏造成了严重的水土流失，给农牧业生产带来了很大损失。据联合国粮食细织预言，如不采取措施，到2100年，土壤的退化和流失将使亚洲、非洲和拉丁美洲的水浇地面积减少65％。目前，热带雨林每年以1．1千万公顷的速度减少。
此外，在人口激增、粮食短缺的压力下，草原早已成为开垦的对象，特别是温带草原，如普列利、俄罗斯草原以及我国内蒙古和东北的许多地区都已被开垦，结果使大批草原退化，更严重者则造成土地沙漠化。据联合国环境署估计，全世界每年由于沙漠化而失去约600万公顷的土地，世界沙漠化面积已占据世界陆地面积的1／3，预计还将进一步扩大。
5．人口增长导致环境污染加剧
在相同的社会经济条件和某种生活水平下，显然，随着人口增加，食物、水、能源及其他生活资料也必然相应地按比例增加，这样，产生的废气、废水、废渣等同样也会成比例增加。人口的激增和大量人口流向城市，势必造成环境的严重污染，而且会使城市污染更为严重。随着生活水平和消费水平的提高，人类还会向环境排入更多的污染物质，如果不设法消除大量进入环境的污染物和余能，它们就会成倍地增加，从而造成严重后果。例如，近30多年来，沈阳、西安、重庆等城市的污染物年排放量分别增长了190倍、280倍和150倍，致使大气和水体的环境质量严重恶化。
城市环境的恶化除了大气、水体的严重污染外，还有交通拥挤、噪声扰人、用水紧张、“热岛效应”以及垃圾的堆积等。人口增长过快使住房紧张、居住拥挤以及绿地面积减少，最终导致环境质量恶化，危及人类健康。
人口的激增还会产生大批的剩余劳动力。乡镇企业和街道工业的兴起成为扩大就业门路、安置剩余劳动力的重要途径。但是这些企业往往工艺陈旧，技术设备落后，加之管理水平低，环境保护措施一时跟不上，致使“三废”物质大量排放。这种情况一方面加剧了城市的环境污染，另一方面造成了环境污染的转移，即由城市转向农村。目前，农村环境污染已经出现，并有愈演愈烈的趋势。
总之，不论从怎样的角度考虑人类的生存发展前景，人口的激增对环境的冲击是巨大的、多方面的，有的甚至是灾难性的，应该引起人们的高度重视。
三、人类活动与气候变化
关于人类活动通过温室气体影响地球气候的研究已有百年的历史。从观测记录上能够清楚地看出，人类产生的温室气体的影响是最近20年的事。关于人类活动对气候变化的影响，有越来越多的研究表明，近百年人类活动加剧了气候系统变化的进程。人类活动是现代气候变化的一个主要驱动力，这是科学上的重要发现，根据这个理论可以解释近百年和未来气候演变的许多重要特征。
IPCC第4次评估报告第一工作组报告的决策者摘要指出，人类活动与近50年气候变化的关联性达到90％。自1750年以来，由于人类活动的影响，全球大气中二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和氟氯烃的浓度显著增加，目前已经远远超出根据冰芯记录得到的工业化前几千年来的浓度值。正因为这样，20世纪后半叶北半球的平均气温是过去1300年间最高的。按照这样的趋势，通过外推法计算，21世纪末全球平均气温将升高2．4℃～6．4℃。
排放温室气体
对人类活动增加大气中温室气体的浓度可能导致气候变化的研究，可以追溯到19世纪末。1896年，瑞典科学家斯万特·阿尔赫尼斯就对燃料燃烧将导致地球变暖做出了预测。他认为，二氧化碳浓度加倍时，全球平均气温将升高5℃～6℃。之后，有许多科学家陆续对此问题进行了研究。20世纪50年代，瑞威拉等在美国发表了关于大气中温室气体浓度增加可能产生气候变化的论文，美国夏威夷观象台也从那时起开始进行二氧化碳浓度观测，从而正式揭开人类研究气候变化的序幕。最近20年是人类对气候与气候变化研究最为活跃的时期。越来越多的研究表明，人类生产生活中温室气体的排放是导致全球变暖的最主要原因。
人类排放温室气体总体上是由煤炭等的燃烧和农业生产所导致的。在各种燃烧的能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然气较低，同时燃煤也是人类社会获取能量的一种最为广泛的方式；在农牧业生产中，稻田、牛羊等反刍动物的消化过程会排放甲烷；土地利用变化后，因为植被的改变也减少了对二氧化碳的吸收。
气溶胶的制冷作用
纷繁复杂的因素都影响着气候变化。被认为是污染物的主体的气溶胶也是这些复杂因素之中的重要一员。气溶胶是空气中固态或者液态的颗粒物的聚集。别看固体和液体的密度比空气大得多，当颗粒足够小的时候，它们也可以漂浮在空中。大气中的气溶胶通常是只有几纳米的超细颗粒到直径为几微米的粗颗粒，它们可以在大气中驻留至少几小时，甚至长达数天或数月。气溶胶也是影响气候的一个非常重要的因素。大气气溶胶是造成空气污染的主要因素，尤其是在人类活动排放源很强的工业区、大城市及其周边。大气气溶胶对于经济社会的许多方面，如农业、水资源、人体健康、城市化等都会产生重要的影响。大气气溶胶对城市的影响包括许多方面，首先是污染空气，危害人群的健康；其次是降低城市的能见度，并使霾日的出现频率明显增加。大气气溶胶造成到达地面的直接太阳辐射减少，从而对农业和生态系统产生影响。在中国稻米和冬小麦生长的主要农业区之一的长江中下游地区，大气气溶胶的散射和吸收作用使到达地面的太阳辐射量减少5％～30％，近70％的作物受此影响，减产5％～30％。气溶胶对人体健康可能产生严重危害，长时间漂浮在大气中的直径为0．1～10μm的气溶胶粒子能直接被人体吸入呼吸道内，进入肺部或肺泡，由于其本身的毒性或携带有毒物质，会对人体健康造成极大危害。
气溶胶对于气候变化的影响一直都是专家和学者热议的话题。大部分科学家认为，气溶胶的危害不容忽视，但也有可利用的一面。
气溶胶影响气候的方式非常复杂，分析起来相当热闹。根据科学家的研究成果，气溶胶对气候的影响可分为两个主要方面，即直接影响和间接影响。
气溶胶会影响大气对太阳光的反射和散射，也就影响了太阳光抵达地面的程度，这是直接影响。但是气溶胶通过反射和散射究竟是增加还是减少太阳光对地面的辐射？由于不同化学成分、形状的气溶胶的物理特性不尽相同，这个过程显得相当复杂。大气中的气溶胶粒子可以吸收和散射太阳辐射，减少到达地面的太阳辐射，起到冷却作用。在气溶胶颗粒较大时，也可以反射地面发出的长波辐射，起到保暖作用。气溶胶对太阳光的反射还与大气湿度、气溶胶的分布状态、运动速度、高度、地点有很大关系。一些研究表明，气溶胶如果处在颜色比较深的地球表面上空，会减少太阳光对这些地区的辐射，而如果气溶胶处在明亮的表面上空，就可能增加下垫面的辐射。但总体上，通过不同的模式计算可知，人类活动引起大气气溶胶增加倾向于使地球表面降温，可以抵消一部分由温室气体造成的变暖作用。甚至有科学家认为20世纪五六十年代的气候变冷，就是因为人类生产排放了大量的气溶胶，这些气溶胶的制冷作用超过了二氧化碳的增温能力，导致了当时气候变冷。
气溶胶对气候的间接影响是指气溶胶浓度的变化会影响云的形成，而云的变化反过来对气候有巨大影响。不过，在这个方面究竟是带来降温还是升温的影响，至今还没有可以令人信服的准确的定量结果。这是因为过程更加复杂，气溶皎少时难以形成云滴，气溶胶多时云滴较大，反射变强，导致降雨时又会与地面的辐射相关联。
但是平均而言，不论各种气溶胶的作用有何不同，所有大气气溶胶的总气候效应都是使地球温度降低。国际上一些大型的大气气溶胶试验也都证明了这一点。研究指出，由温室气体造成的地表变暖的50％可能被气溶胶的冷却作用所抵消，一旦除去气溶胶，温室气体产生的增温将会表现得更显著。人类可以尽量合理利用气溶胶的这种作用，实现控制空气污染与减少温室气体排放双赢。
IPCC第4次评估报告，对大气气溶胶的气候效应做了更完整和深入的总结，并明确指出气候变化与空气质量问题通过大气气溶胶紧密联系在一起。同时IPCC还专门研究了未来百年温度变化的趋势。研究表明，如果新的气候模式中去掉大气中所有人为排放的硫化物气溶胶的冷却作用，全球平均温度将再上升0．8℃左右。
四、人类的活动改变着地球原有的形态
人类的活动会改变地球原有的形态。在被改变的形态中，既有流动的气体的形态，也有下垫面的植被的形态。所谓“下垫面”，就是指与大气下层直接接触的地球表面。
首先说说森林。前面已经提到，大气中二氧化碳浓度急剧增加的原因主要是大量燃烧石油、煤炭和大量砍伐森林。排放入大气中的二氧化碳约有50％可以被海洋吸收，另有一部分则被森林吸收变成固态生物体，储存于自然界。但由于目前森林大量被毁，不但减少了对大气中二氧化碳的吸收，而且气候变化后导致的森林火灾使得更多的二氧化碳被排放至大气中。
森林对人类的意义毋庸置疑。除了吸收二氧化碳以外，森林还可以形成独特的森林气候。森林地区白天因林冠的阻挡，透入的太阳辐射不多，气温不会快速升高，夜晚因为有林冠的保护，地面向外的辐射被阻挡，所以气温又不易降低。一些研究表明，森林还可以有效增加降水量。据实测资料，森林区空气湿度可比无林区高15％～25％，年降水量可增加6％～10％。在干旱地区，森林还可以减小干旱风的袭击，防风固沙；在沿海大风地区，森林可以防御海风的侵袭。森林对于水土保持、维持生态平衡的良性循环都具有十分重要的作用。
就是森林这样宝贵的资源也在被人类亲手摧毁着。历史上森林曾占地球陆地面积的2／3，但随着人口的增加、生产的发展、城市和道路的兴建以及战争的破坏，森林面积逐渐减小。19世纪全球森林覆盖率下降到46％，20世纪初下降到37％，目前全球森林覆盖率约为22％。1949年我国森林覆盖率仅为8．6％,目前森林覆盖率也仅为12％。当森林大面积遭到人类破坏时，干旱灾害开始增多，沙尘暴加剧，水土流失严重。联合国环境规划署估计，当前每年世界因沙漠化而丧失的土地达6万平方千米，另外还有21万平方千米的土地地力衰退，在农、牧业上已无经济价值可言。
海洋石油污染是当今人类活动改变下垫面性质的另一个重要方面。据估计，每年由于运输不当或油轮失事等原因，全球有100万吨以上的石油流入海洋。2010年4月20日，位于美国南部墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台发生爆炸，事故所造成的原油泄漏后来形成了一条长达100多千米的污染带。另外，还有工业过程中产生的废油排入海洋。排入海里的废油会形成油膜浮在海面，抑制海水的蒸发，使海上空气变得干燥，同时又减少了海面潜热的转移，导致海水温度的日变化、年变化加大，使海洋失去调节气温的作用，产生“海洋沙漠化效应”。
此外，人类为了生产和交通的需要，填海造陆、开凿运河以及建造大型水库等，改变了下垫面性质，也都会对气候产生显著影响。
对下垫面性质的改变还包括“人为热”和“人为水汽”的排放。随着工业、交通运输业和城市化的发展，世界能量的消耗迅速增长，由于“人为热”的释放集中于某些人口稠密、工商业发达的大城市，其局地变暖的效应相当显著。另外，燃料在燃放时除了会排放废热，还会向空气中释放一定量的“人为水汽”，它对局地低云量的增加有一定作用。喷气式飞机在高空飞行时喷出的废气中除混有二氧化碳外，也含有大量水汽。据研究，平流层的水汽近年来有显著增加的趋势，这和大量喷气式飞机经常在此高度飞行有关。水汽的热效应与二氧化碳相似，对地表有温室效应。有人计算过，如果平流层水汽量增加5倍，地表气温可升高2℃。
工业革命以前，大气中的二氧化碳等气体造成的温室效应使得地球表面平均温度由－18℃上升到自然生态系统和人类已适应的15℃。一旦大气中的温室气体浓度继续增加，将进一步阻挡地球向宇宙空间发射长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将升温。地面温度升高后，水汽蒸发量增大，冰雪将融化，又使地表进一步升温，形成正反馈作用，加重地球暖化效应。
五、2℃自然界最后的安全阀
2009年7月8日在意大利山间小镇拉奎拉举行的8国集团峰会上，8国领导人同意，将全球变暖幅度控制在比工业化前高出不超过2℃的水平——这是科学家认为的安全极限，为此8国到2050年之前会将温室气体排放量削减80％。这是首次在重要的国际论坛上正式采纳这样的目标。次日，在“主要经济体能源气候论坛”上，全球变暖幅度不能超过2℃这一观点再次获得了各国领导人的认同，与会17国的碳排放量占全球的80％。
工业革命以来，在人们享受物质财富急速膨胀的同时，气候变化的阴霾已悄然笼罩。20世纪80年代，应对气候变化的紧迫性和重要性开始逐渐被人们正视。但是，气候变化究竟达到哪种程度是危险的，气温升高多少将是自然界的临界值，并不是一个容易确定的问题。
联合国环境规划署的温室气体咨询小组1990年报告指出，2℃可能是“一个上限，一旦超过可能招致严重破坏生态系统的风险，其恶果将非线性增加。”德国联邦议会的研究委员会也试图确定可接受的范围，认为每10年气候变暖超过0．1℃将对森林生态系统非常危险，德国政府的气候变化咨询委员会1995年发现，2℃应该是“可容忍的”气候变暖的上限。
1988年，联合国环境规划署和世界气象组织共同成立了“政府间气候变化专门委员会”，IPCC汇集了世界各地的专家定期评估气候变化及其影响，迄今为止发表了四次关于气候变化问题的评估报告，是对此最权威的鉴定。基于1995年的IPCC第二次评估报告，欧盟的环境部长在1996年呼吁气候变暖要限制在比工业化前气温高2℃的范围内。近10年后，这一立场得到欧盟政府首脑的确认，智利、冰岛、挪威、瑞士，以及最不发达国家和小岛屿发展中国家也加入进来，后两个集团的国家进一步主张，要保证他们的安全和生存，2℃都已经太多了。
在总结了130多个国家2500名科学家的发现后，2007年的IPCC第四次评估报告警告，多种因素的叠加将使全球变暖很快突破2℃这个临界点：如今全球气温比工业革命前约高0．8℃，同时还在以每10年0．2℃的速度上升，加上大气中现有二氧化碳带来的0．6℃长期变暖效应，还有北冰洋和南极冰原消融将吸收而非反射太阳辐射，这也会导致再升温0．3℃。
德国波茨坦气候变化研究所的比尔·哈尔博士说，平均气温不能超过2℃，这是生态系统和人类社会生存的底线。到达这个临界点，将是灾难性气候变化的开端。IPCC主席拉金德拉·帕乔里教授说：“当全球平均气温上升的幅度在1～2℃之间，很多人遭遇水资源短缺和洪灾的风险将增加。气温升高超过2℃，产生的影响将更巨大，全球将面临农作物减产、水资源短缺、海平面上升、物种灭绝、疾病增多。”
更为凶险的末日预言来自英国独立科学家詹姆斯·拉夫洛克。他认为，如果全球气温上升接近3℃，且大气中二氧化碳浓度超过500ppm，海洋及热带雨林都将净排放温室气体，而不是像现在这样吸收二氧化碳，这将把全球平均气温推高6℃，海平面上升至少25米。那时候，地球上大部分地区将不再适合人类居住，90％的物种将灭绝，人类数量可能减少80％。
IPCC第二工作组的第四次评估报告认为，要将全球变暖遏制在2℃以内需要强有力的缓解措施，现在看来这已经“非常不可能”实现，报告预测，未来100年全球地表升温幅度在1．6℃～6．4℃。美国国家航空和宇宙航行局戈达德太空研究所负责人詹姆斯·汉森说，如果人类还想维持一个与文明发展、生物适应的环境相似的星球，那么大气中二氧化碳的浓度必须降低到350ppm左右。而现在的二氧化碳浓度为387ppm，并以每年2ppm的速度上升。帕乔里教授说：“10年前，我们说这些影响将发生在我们的子女和孙子孙女身上。而现在，这已经发生在了我们自己身上。”
IPCC第四次评估报告最具决定性的结论是，数值模拟和归因技术证明，最近50年来大部分全球平均温度的升高，很可能是由于过多人为温室气体浓度增加导致的。在46亿年漫漫时空里，地球表面那层薄薄的大气层一直给地球生态系统提供着至关重要的保护，却已经在工业革命后200多年的人类活动中空前耗竭。
不知不觉之间，人类的生存和文明已危如累卵。
六、气候物理：地球“发烧”了
这一切的起源，是温室效应。温室效应又称“花房效应”，温室顶棚覆盖的玻璃和塑料薄膜，可以让阳光照射进来，同时把大量热量保留下来，使室内温度明显高于室外。大气温室效应最早是法国数学家让·巴蒂斯特·傅立叶发现的，1824年，他在论文《地球及其表层空间温度概述》里首次阐述了这一现象。
太阳辐射主要是短波辐射，地面辐射和大气辐射是长波辐射，地球大气对长波辐射的吸收力较强，对短波辐射的吸收力较弱。白天，阳光照到地球上，能量部分被大气吸收，部分被反射回宇宙，47％左右被地表吸收；晚上，地表以红外线的形式向宇宙散发热量，也有部分被大气吸收。大气层对于地球，就像覆盖着玻璃的温室一样，为它保存了一定的热量，正是这些热量使地球上生命的大规模繁衍成为可能。
没有大气层覆盖的地球，会是什么样子？看看地球的卫星月球就知道了。月球没有大气层，被太阳照射时温度会急剧升高，不受照射时温度则急剧下降，加上月面物质的热容量和导热率很低，月表白天阳光垂直照射的地方温度高达127℃，夜晚则可降低到－183℃。地球当然没有月球这样极端了，香港天文台的专家估计，如果没有大气层，地表平均温度将是－18℃。而目前，这颗适宜人类居住的地球，表面平均温度维持在大约15℃的水平，正是拜温室效应所赐。
地球大气的主要成分是氮气和氧气，它们既不吸收也不散发热辐射。那些给地球保温的所谓温室气体大约有10种，最常见也最重要的是水汽，它所产生的温室效应大约占整体温室效应的60％～70％，这也是地球上风云雨雪等各种气象活动的主要载体，但它纯粹是一种自然现象。除此之外，二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫是6种主要的温室气体。其中，二氧化碳大约占整体温室效应的26％，是最重要的一种温室气体。二氧化碳在大气中存留的时间高达200年，即使我们今天完全停止向大气中排放二氧化碳，此前排放的二氧化碳产生的温室效应还将持续200年左右。
二氧化碳是地球上各类生物生命活动的主要参与者。植物通过光合作用从空气中吸人二氧化碳，转化为葡萄糖和淀粉等碳水化合物，再将碳水化合物转化为蛋白质和脂肪；动物则把植物作为食物，将植物组织的有机物消化掉，然后转化为动物组织；植物和动物死亡后埋压在泥土或水底下，在数万年压力及高温的作用下变成煤炭或石油等化石燃料，并储存起大量的碳。与此同时，各类生物都会通过呼吸作用释放二氧化碳，细菌和真菌会将生物的尸体分解并释放出二氧化碳，化石燃料燃烧也会释放大量的二氧化碳，这些二氧化碳都会回到地球大气中。通过这些复杂的活动，二氧化碳不停地在地球的大气圈、生物圈、地圈和水圈中循环流动。
二氧化碳不仅是上述自然活动的载体和产物，它同时也是人类生产活动的产物，人类耕作土地、砍伐森林和燃烧木材，都会向大气中释放二氧化碳。在工业化以前的时期，这些活动的规模都不大，因此产生的二氧化碳排放对地球大气的影响非常微小。
工业革命的到来，以前所未有的规模，显著改变了自然界的碳循环。工业革命以前很长一段时间，大气中二氧化碳的浓度大致稳定在270～290ppm。但在1800年以后，现代工业和交通发展迅猛，城市化水平不断提高，煤炭和石油消耗快速增加，大气中的二氧化碳浓度不断增加，而且增加速度越来越快。碳在自然界的循环平衡被彻底打破，地球开始“发烧”了。
IPCC第四次评估报告认为，自1750年以来，由于人类活动，全球大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的浓度已明显增加，1970—2004年期间增加了70％，目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值。在这34年间，二氧化碳的排放增加了大约80％。到2005年，大气中二氧化碳的浓度为379ppm，远远超过了过去65万年自然变化的范围。
全球二氧化碳浓度的增加，主要是由于化石燃料的使用，另一个原因则是土地利用的变化。过去50年以来，除南极洲之外的各大陆都出现了显著的变暖，大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能都是由于人为温室气体浓度增加所致。目前全球二氧化碳的排放量一年超过230亿吨，和1800年相比增加了30％。这些气体在地球大气层制造出一个隐形的温室，热量被封闭在大气层内，造成地球温度上升。
报告警告说，如果到2030年，全球能源结构仍以化石燃料为主导，按照二氧化碳当量计算，全球温室气体排放量在2000—2030年间将会增加25％～90％。世界气象组织估计，如果按目前排放量继续等值排放，大气中二氧化碳等温室气体的体积浓度将近乎直线增长，2050年为450ppm，2100年将增加到520ppm，增长趋势令人担忧。
在这一趋势下，21世纪的地球将会进一步变暖。报告估计，未来20年，全球气温将升高约0．4℃；即使所有温室气体和气溶胶的浓度稳定在2000年的水平不变，仍会升温约0．2℃。科学家相信，地球的平均气温将在未来100年内骤升1．4℃～5．8℃。这究竟意味着什么呢？科学家们提到了2．5亿年前西伯利亚的一系列火山爆发，当时的火山爆发向大气层排放了大量二氧化碳，使地球温度上升了6℃，最终导致地球上95％的生物死亡。
七、冰川和永久冻土带的融化
全球变暖立竿见影的后果之一，就是冰川融化。南极和北极地区形势尤为严峻。南极洲是一片由海洋环绕的大陆，而北极地区则是一片由陆地包围的海洋，她们都极为脆弱，很容易受到人类活动影响。
过去50年内，在千里冰封的南极地区，平均气温上升了2．5℃，冰层已经变得越来越脆弱，最近几十年，已经先后有9个冰架融化坍塌。2002年3月，位于南极洲最北部的巨型冰架拉森B崩塌瓦解。它的面积为3250平方公里，厚200米，估计重量达到50亿吨，仅仅31天，这个庞然大物就不见踪影，化成千万座冰山像羽毛一般飘浮在南极洲东部的威德尔海，比前半个世纪冰川的总和还要多，令冰河学家们瞠目结舌。拉森B的警报拉响之后，科学家迅速把担忧的目光投向了第10个岌岌可危的“大家伙”威尔金斯。2008年3月，威尔金斯冰架上一块面积400平方公里大的冰川断裂入海，2009年美国冰雪数据中心发现，连接威尔金斯冰架和南极洲夏科岛冰桥的最后一段已经出现了坍塌，科学家预计，威尔金斯还将失去3370平方公里的冰层，面积相当于两个卢森堡。
与此同时，类似的一幕也在地球另一侧的北极上演。随着全球变暖化加剧，北极冰川正以惊人的速度融化，千年厚冰正在以每10年8％～10％的速度消失，一些极地区域每年的海冰季节已缩减至三星期。美国国家航空和宇宙航行局对比2004—2008年的观测数据后发现，极地的冰盖不只越来越少，更越来越薄。虽然一些冻结超过两年以上的冰盖比较难以融化，但数量已经少之又少。科学家们估计，最快到2030年北极就会迎来一个“无冰之夏”。绿色和平组织“极地曙光号”科学考察船队在格陵兰岛的现场勘察发现，距离北冰洋27公里的冰川上，100平方公里的区域已布满裂缝，有些裂缝宽近500米，融化的冰水已经形成一条大河，河流流量约每秒50立方米，这种速度填满一个奥运会标准游泳池只需不到一分钟。
号称地球第三极的青藏高原，冰川融化的速度更快。中国国土资源部地质调查局通过4年的遥感监测发现，近30年来青藏高原的冰川总面积已经减少了1／10以上。预计到2050年冰川面积将减少到现有面积的72％，到2090年将减少一半。冰川融化使青藏高原的雪线迅速上升，最大上升距离达350米。国际冰雪委员会的数据显示，喜马拉雅冰川的收缩速度比任何地方的冰川都要快，可能在2035年之前完全消失。这个地区一直被称为“亚洲水塔”，冰川融化将影响到亚洲地区的24亿人口，占目前全球人口的40％。许多冰川湖蓄水量高达一亿立方米，如果溃决，洪水可能会以每秒一千米的速度席卷而下，对当地居民构成巨大威胁。
另一个不那么引入注目但却同样严重的威胁，是永久冻土地带的融化。俄罗斯大部分永久冻土带正在消退，并在向西伯利亚西北部和欧洲北部扩散。到21世纪末，格陵兰岛南部海岸、美国阿拉斯加州布鲁克斯以南地区和加拿大北极圈大部分地区的永久冻土带将融化，中国的永久冻土带面积也有可能减少一半。这对一些基础设施的建设和运营构成了直接的威胁，正在计划中的“中俄石油管道”的设计，就必须考虑气候变化在稳定性上的影响，而青藏铁路的设计和建设，通过运用冷却技术，已经把温度上升2．6℃后的各种可能影响综合考虑在内了。
八、气候失调：极端天气事件
在参与大气与地表水循环的过程中，水分子从液态到气态、再从气态到液态转换时会吸收或释放大量能量，规模之大超乎我们想象。1克水从0℃上升到100℃需要吸收100卡能量，1克100℃的水变成100℃汽需要吸收539卡能量；水蒸气进入大气后又会凝结成雨雪落到地面上，同时释放出同样数量的能量。2005年摧毁了美国新奥尔良城的卡特里娜飓风，它的破坏力就来自水汽凝结释放出来的巨大能量。
如果地表特别是大洋表面温度维持平衡，大气与地表水循环也可以维持基本平衡，进入到大气中的水汽总量及其所携带的总能量也会基本不变，基于水汽的能量转换所引起的天气波动，无论是波动幅度还是持续时间也会总体维持平衡。这样，天气变化就会显得相对和缓，可以预期。
但全球变暖打破了这个平衡，使地球上的天气变化更剧烈、更富戏剧性。中国气象局局长郑国光说：“全球变暖，引起水分蒸发增加，因而导致极端天气频发。”因为水分蒸发增加使大气中的水汽增多，给大气增加了额外的能量，导致大气环流出现异常。让事情变得更加复杂的是，水汽蒸发量会随着温度升高呈非线性增加，200℃时每立方米空气最多可容纳23克水蒸气，温度上升1℃，可容纳的水蒸气质量会增加6．4％；上升2℃，水蒸气质量会增加13．1％；上升3℃，水蒸气质量会增加20．1％。大气中增加的这些水汽总量，等于增加了同等规模的能量，这会给天气系统乃至气候变化带来多大的扰动也就不难想象了。
这些累积起来的能量，肯定会不断释放出来，以其巨大的规模在其辐射范围内演变成一股毁灭牲的力量。2004年1月，英国政府首席科学顾问戴维·金爵士在《科学》杂志的特约社论中警告说：“气候变化是今天摆在我们面前的最为严重的问题，甚至比恐怖主义的威胁还要严重。”我们可以直接感知到的后果，就是由越来越多的极端天气事件累积起来的大范围的气候失调和疫病蔓延。下面这个简单的不完全统计表，证明金爵士的警告绝非危言耸听。
中国人关于极端天气事件最新最强烈的记忆，或许莫过于2008年初席卷全国的雨雪冰冻灾害了。在春节将至的寒冬季节，一场史上罕见的寒潮突然袭来，让整个南中国猝不及防，一时间，高速公路冰封、电网被冻雨和冰挂压塌、城市断电停热、上亿的春运人潮滞留在南方几个主要车站附近，南方几个省的日常生活和运作几乎都被冻住了。由于冰灾导致电网崩溃，湖南省郴州市全城居民更是在黑暗和寒冷中几乎与世隔绝地生活了十几天。冰雪灾害还使贯通中国南北的大动脉京珠高速被迫关闭，这不但冻结了南中国的公路物流，也阻断了大批民工的回乡之路。
进入21世纪以来，地球“上火”引起的极端天气事件，其烈度、频度和广度每天都在刷新历史纪录，让过去那些相对稳定的气候变迁显得平淡失色。印度和南欧创纪录的热浪，斯里兰卡和中国的严重水灾，希腊、澳洲与美国加州恐怖的森林和草原大火，美国频频发生的龙卷风，中国和非洲持续多年的大面积干旱，各地越来越多的暖冬天气，每个事件前面都被媒体加上了“史无前例”这样的定语。
据中国气象局国家气候中心监测，2009年，在从6月27日到7月26日的一个月里，全国有21个省市区152个站点日最高气温达到极端高温事件标准，17个省区71个站点日降水量达到极端强降水事件标准。与去年相比，两种极端事件均有出现站点多、范围广、超历史极值的记录多等特点。这些枯燥的数据，再清楚不过地揭示出了气候恶化的程度和速度。世界气象组织警告，如果不降低温室气体排放，地球升温将使剧烈天气现象造成的伤亡同步攀升，人类生活环境将面临一个“巨大的浩劫”，与之相比，目前困扰我们的这些极端天气事件不过是小巫见大巫。
九、气候化学：蝴蝶效应
气象学家洛伦兹1963年提出来的“蝴蝶效应”，今天人们已经耳熟能详了：一只南美洲亚马逊热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动儿下翅膀，可能在两周后的美国得克萨斯州引起一场龙卷风。在混沌学中，“蝴蝶效应”是解释复杂现象的一个经典模型。地球上的万事万物之间都是彼此相互含摄勾连和相互映射渗透的，其间的因果关系往往都具有非线性特征，各种因素会自我增强并相互强化，因此初始条件的极小偏差，往往会引起结果的极大差异。对于“蝴蝶效应”，也许我们更熟悉的还是一个中国化的表述方式：失之毫厘，谬以千里。
气候变化是自然界在人类时代的第一个全球规模的大事件，让这个巨型事件的剧情变得错综复杂的，正是推动全球变暖的各个因素的自我强化和相互增强作用。下面，我们可以看看最明显的几个例子。
在永久冻土地带里封存着大量远古时期的甲烷等温室气体，联合国环境规划署估计这里包含了7500亿～9500亿吨的有机碳，而目前大气中的有机碳大概有7500亿吨。永久冻土地带的大范围融化会将这些气体释放到大气中，使大气中的碳浓度急剧上升。无论是在西伯利亚还是在青藏高原，这种恐怖的进程已经在不知不觉之间悄然启动了。
在青藏高原至关重要的三江源地区，永久冻土层的融化还会带来另外一个恐怖的长期后果。坚硬致密的永久冻土层对于地表水就像岩石圈一样起着保护作用，从而维持了地表的水量平衡，永久冻土层融化会使地表水失去依托渗漏到地下，不但直接影响发源于此的江河径流，也使当地的地表一步步沙漠化。文成公主入藏时还碧波万顷、水草丰美的黄河源头鄂陵湖和扎陵湖，今天已经基本干涸见底；长江源头的青海当曲和玛曲，当地的草原也已经大片沙化。这反过来又会加速当地冻土层的消融，和锁在冻土下面的甲烷向大气层的碳排放，从而形成一个很难打破的恶性循环。
在南极和北极地区，冰川融化的启动也是这样一个不断自我强化和相互增强的非线性进程。南极洲50％的海岸都是冰架，一旦冰架倒塌，南极大陆融化的冰就会失去冰架的阻挡，一步步滑进海洋，引起海水上涨。地球上80％来自太阳的光和热都是通过冰雪反射回太空的，冰架冰川减少也会使星体反照率降低，让地球越来越热，目前南极洲的普遍温度已经达到了1800年以来的最高点。北极冰川的融化动因则是同中有异，在北极地区60米深的冰川水分中盐分含量较高，表示来自大西洋温暖的海洋环流正在加速冰川底层的融化，这将使冰川的倒塌比预期来得更快。在格陵兰，冰川倒塌裂开的地方等于打开了一个缺口，让内陆地区的冰块被北大西洋温暖洋流融化。冰川融化不但将使北极熊面临无妄之灾，同时也将使全球渔业走向崩溃，进一步危及人类的生存。
另一个潜在的威胁，可能来自那些千百万年来一直沉睡在冰层底下的不速之客。美国拉特格斯大学海洋与海岸学助理教授凯·贝德勒的研究小组在对5个10万年～800万年的冰样本进行检测后发现，这些被称为“基因冰棒”的冰芯中包含的远古细菌仍具有活性，一些已存在很长时间的细菌此前并未在地球上发现过。经过研究人员的努力，南极“冰棺”中沉睡了10多万年的细菌最终在实验室苏醒过来，并已开始再次生长。由于冰川融化从地下的黑暗世界里苏醒过来的这些未知生物，究竟会给地球上的人类带来什么影响，是否意味着一种新的致命病毒？现在谁都无法判定。
全球变暖这个潘多拉魔盒打开后，人类从此就迈进了高度复杂和高度不确定的“蝴蝶效应”时代。我们也许还有数年的机会去挽狂澜于既倒，也许已经无法回头，只能去努力减缓和适应这个狂暴难测的新世界了。
十、趁我们还在这里，快来看看吧
地球上规模如此庞大的冰川和冻土地带的冰雪消融，带来的影响可谓无远弗届。冰雪覆盖的山地和高原地区的居民固然会首当其冲，由此带来的洪水泛滥，也会给从这些地方发源的江河下游地区居民带来直接威胁，就是生活在海洋世界中的岛国居民，他们脚下的立足之地也在海平面不断上涨的过程中一点点失去。
全球变暖引发的海平面上升，冰雪融化导致的水体增加只是其中之一，另一个原因，则是温度升高造成水体膨胀，进一步抬高了海平面。IPCC第四份评估报告指出，如果南极冰盖融化，可能导致海平面上升6米，淹没包括纽约、孟买和上海在内的一些沿海城市。20世纪以来，摩天大楼建设、地下水超采、石油和天然气开采等引起的地面沉降，已经造成沿海地区相对海平面的急剧上升，这和气候变化带来的海平面绝对上升两相叠加，使海平面上升的趋势更加突出。
除了少数内陆国家之：外，海平面上升对全球绝大多数国家和地区都会带来冲击，所有主要的经济体都无一能够幸免。东亚、西欧和北美的沿海地区是全球经济的精华地带，美国的沿海城市容纳了全国70％的人口，是全美农业、工业、经济、文化、国防等的重地。中国沿海11个省市，面积不到全国的1／8，人口却占了全国的41％，集中了全国一半以上的GDP和超过60％的工农业产值，位于三角洲和沿海低地的上海、广州、香港、天津、深圳、大连、青岛、珠海、宁波、厦门等大城市及其开发区，都是所在地区经济发展的龙头。海平面上升，将直接威胁到这些经济中心。而远离大海的苏州的“东方威尼斯”之梦，也将在海平面节节升高的过程中不再遥不可及了。
对于太平洋和印度洋里的一些岛国，这个趋势带来的灭顶之灾更是意味着灭国之痛。印度洋岛国马尔代夫一直以美丽的环礁和沙滩闻名于世，是世界著名的度假胜地。但海平面上升很可能让马尔代夫变成印度洋版的阿特兰蒂斯，因为这个国家的大部分国土仅比海平面高出1．5米，因此号称“人间天堂”的马尔代夫很可能由于全球变暖而沉入海里，30多万马尔代夫人将失去立足之地，举国沦为气候难民。马尔代夫国家旅游局近年在全球的营销广告语是：“趁我们还在这里，快来看看吧！”调侃中带着深深的无奈。
因为气候变化而岌岌可危的岛国并非只有一个马尔代夫。菲律宾、印尼、太平洋、印度洋及加勒比地区的群岛国家，大多也处境堪忧。如果不采取措施，很多岛屿可能将从海平面上消失，很多城市将会被淹没，慢慢变成海洋鱼类的乐园。自从复活节岛的远古文明社会崩溃以来，我们第一次听到了一些社会在气候变化侵袭面前慢慢走向崩溃的脚步声。
IPCC第四次评估报告以前所未有的强烈言辞警告，气候变化已经开始并恐怕将对地球造成无可逆转的影响，各国政府必须付出更大努力来对抗全球变暖。在列举了一系列无可辩驳的观测数据和分析结果后，报告向公众发出了近乎绝望的呼吁：“不是吓唬你们，我们已处于临界点。”
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