被破坏的南美亚马逊雨林来源：Cell Press
出品：新浪科技《科学大家》、Cell Press 细胞出版社
2009年，时任Stockholm Resilience Centre主任的Johan Rockström和Australian National University的Will Steffen教授提出了著名的“行星边界”（Planetary Boundaries）概念，定义了维护地球系统安全运行的九大空间，也展示了人类世以来地球系统所承受的多重压力。2015年，Johan Rockström在他的书《大世界小星球》（Big World Small Planet）中，再次展现了人类发展与地球系统生态极限的重要关系。如书中所言，我们曾经是一群小小的人类，生活在大大的地球上。30万年之后，我们成长为大大的群族，而那地球，竟显得如此渺小。人类发展是基本权利，然而它所带来的对自然资源的过度开发、不当利用、和随意弃置，触目惊心：20世纪中叶，全世界的碳排放约为50亿吨；短短50年后，全世界的碳排放足足翻了4倍；而今天，全球每年的碳排放约为360亿吨。同时，全球每年产生的垃圾约有20亿吨。气候变化的挑战已经愈发明显，从北极冰川的消融，到海平面上升，到频繁发生的极地漩涡，和愈演愈烈的各种极端天气灾难，9个气候引爆点，危在旦夕。在越来越多人心中，敲起了警钟：一个地球，对我们，对我们的子孙后代，还够吗？
终于，2015年12月12日，在巴黎召开的气候大会（COP21）190个缔约方签订了有史以来首个具普遍性和法律约束力的全球气候变化协定--《巴黎协定》，商定并规划了主要通过减排来实现的本世纪末气候目标。虽然2020年初的一场疫情，对全球气候行动带来了不小的挑战，但自2020年开始，已经有124个国家相继承诺将于2050-2060年，实现净零排放。这些国家代表了全球59%的人口，68%的GDP，以及61%的碳排放。显然，人类已经开启了零排放竞赛。而这场竞赛的终极目标只有一个：为现世，也为子孙万代，保护这颗珍贵的地球。
2021年4月22日将迎来第51个世界地球日（Earth Day），今年的主题亦是“复原我们的地球”（Restore Our Earth）。我们的地球经受了哪些挑战，又需要什么样的修复？
民以食为天
饱腹，是人类生存的第一要素。但如何用有限的土地，养活不断增加的人，在1908年之前，是一个巨大挑战。曾经，许多科学家试图将空气中的氮提供给植物，但结果多是徒劳的，直到德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）发现了一种合成氨的方法。基于这一开创性的发现，弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和卡尔·博世（Carl Bosch）联合开发了被诺贝尔奖肯定并最终改变了历史的哈伯·博世氨生产工艺。它带来了前所未有的农业生产革命。从此，农业生产进入崭新的篇章。通过使用廉价的氮肥，农业生产力大幅提高，所产生的粮食产量，能够供给人类历史上前所未有的人口增长，而粮食的价格，也不断降低，使得更多的人可以负担的起。
帮助粮食产量提升的氮肥无形中却成为了温室气体的主要贡献者然而，帮助粮食产量提升的氮肥，却无形中成为了温室气体的主要贡献者。目前，农业占全球约15%的温室气体排放，其主要的源头来自于农业施肥。此外，哈伯·博世氨生产工艺过程也制造巨大的二氧化碳排放。诚然，如Smith和Torrente-Murciano1在其文章中所建议的，使用风力和水力能源将使哈伯·博世氨生产工艺近零排放，但施肥所产生的氮污染，是目前缺乏解决方面的人类所面临的巨大环境挑战。如Sutton et al.2的Commentary所述，虽然氮污染和众多可持续发展目标相关，并终于2020年制定了2030年氮排放减半的宏伟目标，目前，仍缺乏对氮污染的全球治理。此时，学界应该起到先锋作用，为政策制定者提供基于科学的建议，并帮助他们制定符合实际且切实有效的氮治理体系。
但这绝不意味着，人类必须停止现代农业的生产方式。我们必须意识到，截至目前，全球仍有6亿9千万人，在饥饿中度过每一天，而这一数字，在10年后，可能上升至8亿4千万。正如《巴黎协定》所明确指出的，我们要提高适应气候变化不利影响的能力并以不威胁粮食生产的方式增强气候复原力和开展温室气体低排放发展。也如One Earth2020年1月刊Voices3中11位专家所言，解决农业相关的温室气体问题，是整体性问题，通过世界粮食系统的革新性改变，在为更多的人提供营养、健康和足够的粮食的同时，务必要走向低碳、绿色、和可持续的道路。
2019年，由EAT 和《柳叶刀》集结37位来自多领域的世界顶尖科学家打造了著名的EAT-Lancet4报告，探讨了如何在不破坏地球安全运行空间的情况下，为100亿人提供足够的、健康的、有营养的食物，并提出了具有开创性意义的《星球健康营养餐》（The Planetary Health Diet），推动以人为本的粮食系统的可持续转型。
全球能源体系统中可再生能源的份额已经提升至将近20%能源与未来
有如粮食为个人的成长提供能源，社会和人类的发展，也从来没有独立于能源而存在过。从火的发现，到电的使用，能源始终作为一种重要的生产生活要素，伴随左右。从煤、石油，到天然气，大自然馈赠予人类的自然资源，无一不被用来推动人类世的进步。
但这进步的背后，也背负着巨大的代价。现时经济体系的运作，严重依赖于化石能源。除了燃烧化石能源以提供电力和其它动力，用于生产生活交通运输，化石能源也以多种形式存在于日常的各种经济行为，作为基础设施建设必需品 – 如钢、铁等，以及日常生活消费品 – 如塑料，衣服等多种产品的投入要素。其结果是，我们对化石能源的使用，贡献了超过2/3的全球温室气体排放。除了对环境健康的破坏，被污染的空气、水、甚至粮食，也损害了人类健康。能源系统的清洁转型，迫在眉睫。
值得称赞的是，目前，全球能源体系统中可再生能源的份额已经提升至将近20%。回顾刚刚过去的2020年，虽然新冠疫情横扫全球每个角落，并对世界经济的稳健造成了巨大的挑战，但与2019年相比，可再生能源使用的比例仍然上升了一个百分点，而使用可再生能源发电的比例也持续上升了五个百分点，其中，光伏能源上升的比例最大。当然，这离实现2050零排放目标所需要的60%的份额仍有不少的差距。随着疫情的逐步缓解，以及越来越多的国家对近零排放目标的承诺，可再生能源的比例需要在后疫情重建时期得到大幅提升。如Jacobson et al。 （2019）5 的文章中所展望的，占全球99.7%GDP 的143个国家有相当大的潜力可以实现大幅度的清洁能源转型，而该转型所带来的的效益，可以使碳排放在2030年减少约80%，降低能源成本约61%，创造2860个工作职位，并大幅改善环境水平。
当然，我们必须看到，不是所有的国家和地区都具备能够彻底转型至可再生能源的条件，比如缺少良好的光照或者不具备提供足够风力发电的动能。而且，由于可再生能源本身的间歇性，以及目前仍需继续提升的储能潜力，在很多国家，如俄罗斯，美国，日本，法国，中国等，使用核能发电成为了能源系统低碳转型的重要途径。
资料图：福岛第一核电站事故然而，核反应过程会产生多种放射性物质，无论对环境，还是人类，如果处置不当，都会造成严重的伤害。对于核废物的安全处理与处置，需要制定和执行与核燃料循环、废物管理和研究堆相关的各种策略和技术，但目前仍是一个难题。10年前的福岛核电站事故引发了后续关于核废水排放的争论，但更令人震惊和担忧的是，10年后，日方在未穷尽安全处置数段的情况下，一意孤行的单方面决定以排海的方式处置福岛核电站事故核废水，不仅将严重损害国际公共健康安全和周边国家人民切身利益，并将对全球的海洋安全造成无法弥补的重创。
生命之洋
从新冠病毒伊始，很多人对2020开启的未来提问：这是旧事物的终结还是新事物的开始？从环境和可持续发展角度而言，它既是重新作出气候承诺的十年的开始（尽管COP26被推迟到了2021年），也是联合国生态系统恢复十年的重要筹备年。在所有议题中，我们不难发现，由2020开启的新十载，也是对海洋健康至关重要的时代。
可能很对人还没有意识到的是，是海洋定义了地球。大量液态水的存在使这个世界适于居住。海洋孕育并维持着生命。它鼓励和促进了人类文明的发展和壮大。它是我们寻求征服的地平线，也是我们赖以生存的资源。地球上的人都受益于海洋提供的服务：我们呼吸的氧气有一半是由海洋中的生命产生的，它强大的洋流在地球周围传递热量，它吸收二氧化碳的能力缓冲了气候变化的最坏影响，还有无数的生命在它的深处提供了大约20%的动物蛋白质。除渔业外，海洋在运输、能源和旅游部门支撑着全球经济，因此全球30多亿人的生计依赖于海洋资源。显然，海洋的健康对地球及其子民都至关重要。
但蓝色巨人的能力并不是无限的。几十年来，我们对海洋的需求和利用海洋资源的技术能力不断提高，目前世界上近90%的海洋鱼类资源已被充分甚至过渡开发。工业化、管理不当、糟糕的政策和不适当的补贴鼓励了这些不可持续的行为，其速度与海洋补充库存的能力不一致。不断增加的碳、营养和塑料污染水平正在使海洋酸化、缺氧和乱扔垃圾，以至于海洋的恢复能力现在受到质疑。最重要的是，被气候变化所笼罩的阴影越来越大：气温上升，海洋热浪的频率和强度增加，正在导致大规模死亡和生态系统退化。海洋的健康状况正在恶化，而且正在以超过大多数预测的速度恶化。
认识到这些挑战，联合国宣布了海洋科学促进可持续发展十年，将于2021年至2030年执行（http://www.oceandecade.org/）。 该十年旨在发展必要的科学知识、基础设施和关系，以确保海洋可持续发展，造福海洋生态系统和社会。这十年的愿景是宏伟的、鼓舞人心的，但时间是关键。联合国称这是一个“千载难逢的机会”，2020年是规划其发展的关键。Claudet 等人6也提出了以科学为基础的未来十年海洋可持续发展的道路。
然而我们为维护海洋健康所作出的努力，在日本政府缺乏科学依据，缺少国际信条的核废水肆意倾倒的行为下，很有可能付之一炬。
未来之路
2021年是联合国气候变化行动十年项目的开年。同时，它也开启了实现联合国2030可持续发展目标的关键冲刺阶段。人与自然的和谐相处，也必须以命运共同体作为考量基础，在不断发展社会、经济、科技的同时，也必须兼顾到我们与地球母亲之间的可持续且长久的关系。如果沿用当下普遍采用的线性经济模式，如最新的Circularity Gap Report7所述，将导致3-6度的气温升高，而要实现《巴黎协定》所定义的1.5-2度气温升高目标，我们需要加速转型到循环经济模式，并将全球的循环性从现在的8.6%提升到17%。
未来属于我们的青年朋友，但未来也必定将由历史定义。实现可持续发展，绝非易事，它需要大局性、系统性、以及开创性的基于科学的策略和行动。这需要自然科学、应用科学、和社会科学之间更多的交叉互融，也需要学界、商界、与政界之间更多的紧密合作。如霍金在他最后一本书中所言，塑造美好未来的一个关键因素是普及科学。让更多的人，尤其是青年人，受到良好的教育，接触到各类科学知识，更好的认识世界。有如《科学大家》提供的这样一个平台，可以让科学通过降维的模式更广泛的被更多的人所了解，产生关注，逐步学习。我们可以做到的是对未知的不断探索，对关乎人类、自然、社会发展重大挑战不断寻求解决方案的实际行动。无论是否有存在于地球之外的第二个人类得以安身立命的星球，此刻，我们能够做的，是珍爱和呵护我们已经拥有的无价地球。
（Cell Press旗下期刊 One Earth 科学编辑：张珊珊）
