行星边界的争议

行星边界是一个涉及地球系统过程的概念，其中包含环境边界，由一群地球系统和环境科学家提出，由斯德哥尔摩恢复力中心的JohanRockström和澳大利亚国立大学的Will Steffen领导。 该小组希望为国际社会，包括各级政府，国际组织，民间社会，科学界和私营部门确定一个“人类安全的行动空间”，作为可持续发展的先决条件。 该框架基于科学证据，即工业革命以来的人类行为已成为全球环境变化的主要驱动力。

根据范例，“超越一个或多个行星边界可能是有害的，甚至是灾难性的，因为跨越阈值的风险将引发大陆 – 行星尺度系统内的非线性，突然的环境变化。” 地球系统过程边界标志着行星的安全区域达到它们未被交叉的程度。 截至2009年，已经跨越了两个边界，而其他边界则面临着越过危险的危险。

想法
我们这个星球有限制的想法，包括人类活动给它带来的负担，已经存在了一段时间。 1972年，出版了“增长极限”。 它提出了一个模型，其中包括五个变量：世界人口，工业化，污染，粮食生产和资源枯竭，并被认为是指数增长，而技术增加资源可用性的能力只是线性的。 随后，该报告被广泛驳回，特别是经济学家和商人，并且经常声称历史证明这些预测是不正确的。 2008年，来自英联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格雷厄姆·特纳发表了“将增长的极限与三十年的现实进行比较”。 特纳发现，观察到的1970年至2000年的历史数据与所报告的几乎所有产出的“标准运行”增长模型限值的模拟结果非常接近。 “在数量和趋势随时间变化的情况下，几乎所有数据的不确定性范围内都存在差异。” 特纳还审查了一些报告，特别是经济学家的报告，这些报告多年来一直声称会破坏限制增长模式。 特纳说这些报道存在缺陷，反映出对该模型的误解。 2010年，Nørgård，Peet和Ragnarsdóttir称这本书为“开创性报告”，并称它“经受住了时间的考验，而且确实变得更加相关。”

九个界限

门槛和边界

阈值或气候临界点是控制变量（如CO2）的非常小的增量在响应变量（全球变暖）中产生大的，可能是灾难性的变化的值。

由于地球系统非常复杂，因此难以定位阈值点。 该研究不是定义阈值，而是建立一个范围，并且阈值应该位于其中。 该范围的下端定义为边界。 因此，它定义了一个安全空间，从某种意义上说，只要我们低于边界，我们就低于阈值。 如果越过边界，我们进入危险区域。

辩论

在框架上
卡内基研究所全球生态系主任克里斯托弗菲尔德给人留下了深刻的印象：“这项工作至关重要。总的来说，这是一个令人印象深刻的企图定义安全区的尝试。” 但保护生物学家Stuart Pimm并没有留下深刻的印象：“我认为这不是一种思考事物的有用方式……单一边界的概念只是缺乏严肃的内容。濒临灭绝的方式是什么？率10倍的背景率可以接受吗？“ 环境政策分析师比尔克拉克认为：“地球系统中的临界点是密集的，不可预测的……并且不可能通过预警指标来避免。紧随其后……’安全运行空间’和’行星边界’是因此高度怀疑并且可能是新的’鸦片剂’。“

生物地球化学家William Schlesinger质疑阈值是否对污染是一个好主意。 他认为等到我们接近一些建议的限制只会让我们继续到现在为时已晚。 “基于阈值的管理，尽管其简单性很有吸引力，但它可以使有害，缓慢和分散的降解几乎无限期地持续存在。”

水文学家大卫·莫尔登认为，在“增长极限”辩论中，行星边界是一种受欢迎的新方法。 “作为一个科学的组织原则，这个概念有很多优点……数字很重要，因为它们为政策制定者提供了目标，清楚地表明了变革的规模和方向。它们也为科学提供了基准和方向。随着我们的进步我们对地球过程和复杂的相互关系的理解，这些基准可以并且将会更新……我们现在有了一个工具，可以帮助我们更深入地，更紧迫地思考行星限制以及我们必须采取的关键行动“。

海洋化学家彼得·布鲁尔（Peter Brewer）质疑，如果没有关于如何实现环境限制的明确计划，“创建一份环境限制列表是否真的有用……它们可能成为另一个击败公民的坚持。全球氮循环的破坏就是一个明显的例子：如果没有人工生产肥料，地球上的很大一部分人很可能不会活着。这种道德和经济问题怎么能与设定限制的简单呼吁相匹配？……食物不是可选的“。

环境顾问史蒂夫巴斯说“对行星边界的描述是一个合理的想法。我们需要知道如何生活在我们当前全新世时期的异常稳定的条件下，而不是做任何导致不可逆转的环境变化的事情……他们的论文深刻对未来治理体系的影响，提供将国家和全球经济治理与环境和自然资源治理联系起来所需的一些“布线”。行星边界概念应使政策制定者能够更清楚地理解，如人权和代议制政府，环境变化无国界。“

气候变化政策顾问阿黛尔莫里斯认为，还需要以价格为基础的政策来避免政治和经济门槛。 “保持在’安全的运营空间’将需要保持在所有相关的界限内，包括选民的支付意愿。”

全球可持续发展问题高级别小组在其题为“有弹性的人，有弹性的地球：未来值得选择”的报告（2012年）中呼吁大胆的全球努力，“包括启动一项重大的全球科学举措，以加强科学与科学之间的关系。我们必须通过科学来定义科学家称之为“行星边界”，“环境阈值”和“临界点”。“

2011年，在第二次会议上，联合国全球可持续性问题高级别小组将行星边界概念纳入其框架，并指出其目标是：“消除贫困，减少不平等，使增长具有包容性，在应对气候变化和尊重其他行星边界的范围内，生产和消费更具可持续性。“

在其诉讼的其他地方，小组成员对使用“行星边界”概念的政治有效性表示保留：“行星边界仍然是一个应该谨慎使用的不断发展的概念。行星边界问题可能是分裂的，因为它可以被察觉作为“北方”的工具，告诉“南方”不要追随富裕国家自己采取的资源密集型和环境破坏性发展道路……这种语言对大多数发展中国家来说是不可接受的，因为它们担心强调边界将对穷国造成不可接受的制动。“

但是，这一概念经常用于联合国和联合国日报的会议记录中。 例如，联合国环境规划署执行主任阿齐姆施泰纳表示，农业面临的挑战是“在不将人类的足迹超越地球界限的情况下为不断增长的全球人口提供食物”。 联合国环境规划署（UNEP）2010年年鉴还重复了Rockström的信息，从概念上将其与生态系统管理和环境治理指标联系起来。

行星边界概念也被欧洲委员会用于诉讼程序，并在欧洲环境署综合报告“欧洲环境 – 国家和展望2010”中提及。

气候变化
辐射强迫是入射辐射能量和作用于地球边界的输出辐射能量之间差异的量度。 正辐射强迫导致变暖。从1750年到2005年的工业革命开始，大气中二氧化碳的增加导致了正辐射强迫，平均约为1.66 W /m²。

气候科学家迈尔斯·艾伦（Myles Allen）认为，“对长期大气中二氧化碳浓度的限制只会分散将温度限制在2°C的更直接的挑战。” 他说二氧化碳的浓度不是我们可以“有意义地控制”的控制变量，他质疑将二氧化碳水平保持在350 ppm以下是否会避免超过2°C的变暖。

布鲁金斯学会气候与能源经济项目的政策主管阿黛尔莫里斯从经济政治的角度提出批评。 她强调选择能够最大限度降低成本并保持共识的政策。 她赞成建立温室气体排放税和排放权交易制度，作为防止全球变暖的方法。 她认为，过于雄心勃勃的目标，如对二氧化碳的边界限制，可能会阻止这种行为。

生物多样性丧失
根据生物学家CristiánSamper的说法，“表达物种家族随时间消失的可能性的边界将更好地反映我们对地球生命未来的潜在影响。”

保护生态学家Gretchen Daily声称“现在是时候面对这样一个难以理解的事实：传统的保护方法，单独注定，注定要失败。自然保护区太小，太少，太孤立，太容易改变以支持超过地球生物多样性的一小部分。从经济和文化的角度来看，保护具有吸引力。我们不能继续把自然视为无限量自助餐。我们依靠自然保护粮食安全，清洁水源，气候稳定，海鲜，木材和其他生物和物理服务。为了保持这些利益，我们不仅需要远程储备，而且需要到处都有 – 更像是“生态系统服务站”。 一些先驱者正在整合保护和人类发展。哥斯达黎加政府正在向土地所有者支付热带森林生态系统服务，包括碳补偿，水电生产，生物多样性保护和风景秀丽。中国正在投资1000亿美元用于“生态补偿”，包括创新政策奖励保护和恢复的财政机制。该国还创造了“生态系统功能保护区”，占其土地面积的18％。哥伦比亚和南非也做出了巨大的政策变化。三项进展将有助于其余的世界范围内的这种成功模式。一：用于评估和解释自然资本的新科学和工具，生物物理，经济和其他术语二：在资源政策中引人注目地展示这些工具。三：政府，发展组织，企业和社区帮助各国建立更持久的经济，同时保持批评 生态系统服务。“

氮循环
自工业革命以来，地球的氮循环受到的干扰甚至超过碳循环。 “人类活动现在将更多的氮从大气中转化为活性形式，而不是地球上所有的陆地过程相结合。大部分新的活性氮污染水道和沿海地区，以变化的形式排放回大气，或积聚在大气中。陆地生物圈。“ 植物只使用农业中使用的一小部分肥料。 大部分氮和磷最终流入河流，湖泊和海洋，其中过量的水和生态系统受到压力。 例如，从河流排放到墨西哥湾的肥料由于缺氧而损害了虾类渔业。

生物地球化学家威廉施莱辛格认为，等到我们接近建议的氮沉积和其他污染限制时，我们才能继续到现在为时已晚的地步。 他说，磷的边界不可持续，并且在不到200年的时间里就会耗尽已知的磷储量。

关于氮，生物地球化学家和生态系统科学家罗伯特豪沃斯说：“人类活动极大地改变了全球氮的流动。最大的贡献者是肥料使用。但化石燃料的燃烧实际上在某些地区主导了这个问题，例如美国东北部。在这种情况下，解决方案是节约能源并更有效地利用它。混合动力汽车是另一个极好的解决方案;它们的氮气排放明显少于传统车辆，因为它们的发动机在车辆停止时关闭。当发动机怠速运转时，传统车辆实际上升了。）如果要求遵守“清洁空气法”及其修正案的工厂必须遵守，那么美国发电厂的氮排放量也会大大减少;这些工厂污染的数量远远超过了数量他们生产的电力。

在农业方面，许多农民可以使用较少的肥料，农作物产量的减少很少或根本不存在。 玉米田的径流尤其可以避免，因为玉米的根部只能渗透到最前面几英寸的土壤中，并在一年中的两个月内同化养分。此外，如果农民种植冬季覆盖作物，如黑麦或小麦，可以帮助土壤保持氮气，则氮素损失可减少30％或更多。 这些作物还增加了土壤中的碳固存，减缓了气候变化。 更好的是种植多年生植物，如草而不是玉米; 氮损失要低很多倍。 来自集中动物饲养操作（CAFO）的氮污染是一个巨大的问题。

就在20世纪70年代，大多数动物都是当地作物，动物的废物作为肥料返回田地。 今天，大多数美国动物都是在数百英里外种植的作物，这使得回收粪便变得“不经济”。 解决方案？ 要求CAFO所有者处理他们的废物，就像市政当局必须处理人类废物一样。 此外，如果我们吃的肉较少，就会产生较少的废物，并且需要较少的合成肥料来种植动物饲料。 吃多年生禾草的动物吃肉是理想的选择。 生产乙醇作为生物燃料的爆炸性增长极大地加剧了氮污染。 一些研究表明，如果达到规定的美国乙醇目标，流入密西西比河并为墨西哥湾死区供气的氮气量可能会增加30％至40％。 最好的选择是放弃从玉米中生产乙醇。 如果该国想要依赖生物燃料，它应该生长草和树木并燃烧它们以共同产生热量和电力; 氮污染和温室气体排放量会低得多。“

磷
关于磷，海洋工程师David Vaccari说，磷的最可持续的环境流量“将是天然的通量：每年700万公吨（Mt / yr）。达到这个标准，但满足我们使用的2200万吨/年是的，我们必须回收或再利用72％的磷。利用现有技术可以减少流量…… [降低]水道损失从22到8.25 Mt /年，不高于天然通量。“

峰值磷是描述达到最大全球磷生产率的时间点的概念。 磷是地球上稀缺的有限资源，由于其非气态环境循环，除了采矿之外的生产资料也无法获得。 据一些研究人员称，预计地球的磷储量将在50 – 100年内完全耗尽，大约在2030年达到峰值磷。

海洋酸化
自工业革命以来，表面海洋酸度增加了30％。 人类产生的大约四分之一的额外二氧化碳溶解在海洋中，在那里形成碳酸。 这种酸度抑制了珊瑚，贝类和浮游生物构建贝壳和骷髅的能力。 敲击效应可能对鱼类资源造成严重后果。 这个边界明显地与气候变化边界相互联系，因为大气中二氧化碳的浓度也是海洋酸化边界的潜在控制变量。

海洋化学家彼得布鲁尔认为“海洋酸化除了pH值的简单变化外还有其他影响，这些也可能需要边界。”

海洋化学家斯科特·多尼认为“主要策略是提高能源效率，转向可再生能源和核能，保护森林和探索碳固存技术。从地区来看，沿海水域的养分径流不仅会产生死区，还会加剧酸化。导致更多的浮游植物生长，并且当他们死亡时，他们的衰变中添加的二氧化碳使水变酸化。我们必须更加聪明地了解我们如何施肥田地和草坪以及处理牲畜粪便和污水……当地，酸性水可以用石灰石缓冲或者从海水和岩石中电化学产生的化学基质。更实际的可能是保护特定的贝类养殖场和水产养殖渔业。蛤蜊和牡蛎等幼虫软体动物似乎比成年人更容易酸化，将旧的蛤壳再循环到泥浆中可能有助于缓冲pH值为幼虫附着提供更好的底物。海洋pH值的下降有望加速 未来几十年，海洋生态系统将不得不适应。 我们可以通过减少水污染和过度捕捞等其他侮辱来提高成功的机会，使我们能够在化石燃料能源经济转型的同时更好地抵御一些酸化。

土地使用
在整个地球上，森林，湿地和其他植被类型正在转变为农业和其他土地用途，影响淡水，碳和其他周期，并减少生物多样性。

环境顾问史蒂夫巴斯说，研究告诉我们“土地利用的可持续性较少取决于百分比，而更多地取决于其他因素。例如，大块土地集约化耕地15％的环境影响将与此有显着差异。 15％的土地以更可持续的方式养殖，并融入景观中.15％的土地利用变化的边界在实践中是一个过早的政策指导，削弱了作者的整体科学主张。相反，作者可能会我想考虑对土壤退化或土壤流失的限制。这将是一个更有效和更有用的陆地健康状况指标。“

地球系统科学家Eric Lambin认为“集约化农业应该集中在对高产作物具有最大潜力的土地上……我们可以通过控制土地退化，淡水枯竭和城市扩张来避免失去最好的农业用地。将需要分区和采用更有效的农业做法，特别是在发展中国家。通过减少食品分销链中的浪费，鼓励人口增长放缓，确保全球更公平的粮食分配和大幅减少，也可以减少对耕地的需求。富裕国家的肉类消费。“

淡水
人类对全球淡水系统的压力正在产生巨大影响。 淡水循环是受气候变化影响很大的另一个边界。 淡水资源，如湖泊和含水层，通常是可自然补给的可再生资源（化石水这个术语有时被用来描述不能补给的含水层）。 如果以超过补给率的速率开采或提取水资源，则会发生过度开采。 充电通常来自地区溪流，河流和湖泊。 虽然森林通常是含水层枯竭的主要来源，但森林增强了某些地区含水层的补给。 贫瘠的含水层可能受到污染物（如硝酸盐）的污染，或通过沉降或海水中的盐水侵入而永久性损坏。 这使得世界上大部分的地下水和湖泊变成了有限的资源，其峰值使用争论与石油相似。 尽管Hubbert最初的分析并不适用于可再生资源，但它们的过度开发可能会导致类似Hubbert的峰值。 修改后的Hubbert曲线适用于任何可以比可以更换的速度更快收获的资源。

水文学家Peter Gleick评论说：“很少有理性的观察者否认淡水使用的边界需要。更有争议的是确定这些限制的位置或采取什么措施来限制自己。在另一种描述这些边界的方法是高峰水的概念三种不同的想法是有用的。“可再生水峰”的水限是流域中可再生的总流量。世界上许多主要河流已经接近这个阈值 – 当蒸发和消耗超过降水和其他来源的自然补给时。’峰值不可再生“限制适用于人类使用水远远超过自然补给率的地方，例如大平原，利比亚，印度，中国北部和加利福尼亚州中部山谷的化石地下水盆地。’峰值生态’水是任何水文的想法系统，增加提款最终达到这样的程度，即取水的任何额外经济利益都超过了 导致的额外生态破坏。 虽然很难准确量化这一点，但我们已经明确地通过了世界上许多发生巨大破坏的盆地的生态水峰值……好消息是储蓄的潜力，而不会伤害人类健康或经济生产力，是巨大的。 每个部门都可以提高用水效率。 通过从传统的洪水灌溉转向滴灌和精密喷灌，以及更准确地监测和管理土壤湿度，可以用更少的水（更少的水污染）种植更多的食物。 传统的发电厂可以从水冷变为干冷，并且使用极少量水的能源可以产生更多的能量，例如光伏和风能。

水文学家大卫·莫尔登说：“全球限制用水量是必要的，但建议的每年4000立方千米的行星界限过于慷慨。”

臭氧耗竭
平流层臭氧层保护性地过滤来自太阳的紫外线辐射（UV），否则会破坏生物系统。 “蒙特利尔议定书”之后采取的行动似乎使地球处于安全的边界。 然而，根据发表在“自然”杂志上的一篇论文，2011年，边界意外地被推到了北极; “…… 3月北极涡的分数，臭氧总量小于275 Dobson单位（DU）通常接近于零，但达到近45％”。

诺贝尔化学奖获得者Mario Molina表示，“5％是可接受的臭氧消耗的合理限制，但它并不代表一个转折点”。

物理学家大卫法赫说，由于“蒙特利尔议定书”的结果“平流层臭氧消耗将在2100年基本上逆转。这一收益部分依赖于中间体替代品，特别是氢氯氟烃（HCFCs），并且越来越多地使用不会导致耗尽，如氢氟碳化合物（HFCs）。正在取得的成功取决于几个步骤：

“继续观察臭氧层，迅速揭示意外变化。确保各国遵守法规;例如，氟氯烃淘汰将在2030年之前完成。
“根据议定书维护科学评估小组。它归因于臭氧层变化的原因，并评估新化学品有可能破坏臭氧并促进气候变化。
“维护技术和经济评估小组。它提供有关技术和替代化合物的信息，帮助各国评估如何在保护臭氧层的同时满足对制冷，空调和泡沫绝缘等应用的需求。
“这两个小组还必须共同评估气候变化和臭氧恢复。气候变化通过改变平流层的化学成分和动态影响臭氧丰度，而氟氯烃和氢氟碳化合物等化合物是温室气体。例如，大量的预测需求氢氟碳化合物可能对气候变化产生重大影响。“

大气气溶胶
大气中的气溶胶颗粒会影响人类的健康并影响季风和全球大气环流系统。 一些气溶胶产生的云通过将太阳光反射回太空来冷却地球，而其他气溶胶则像烟灰一样在平流层上部产生薄云，其表现得像温室，使地球变暖。 总的来说，人为气溶胶可能产生净负辐射强迫（冷却影响）。 每年全球气溶胶颗粒导致约80万人过早死亡。 气溶胶负荷足以包含在行星边界内，但目前尚不清楚是否可以确定适当的安全阈值措施。

化学污染
一些化学品，如持久性有机污染物，重金属和放射性核素，对生物有机体具有潜在的不可逆添加剂和协同作用，降低了生育能力并导致永久性遗传损害。 亚致死吸收量正在大幅减少海洋鸟类和哺乳动物的数量。 这个边界看起来很重要，虽然很难量化。

已经开发出用于持久性有机污染物的贝叶斯模拟器，其可以用于量化化学污染的边界。 迄今为止，多氯联苯（PCBs）的临界暴露水平已经被提议作为化学污染行星边界，超过该水平可能发生海洋哺乳动物的大规模死亡事件。