地球限度：環境超出負荷，岌岌可危
地球環境受到人類活動的破壞程度到底有多嚴重？科學家 2009 年首次提出「地球限度」的概念，提出衡量地球系統穩定與韌性的九大面向，為地球進行健康檢查。每一次檢查，科學家卻發現地球健康每況愈下。
2015 年研究〈地球限度：變動地球上的人類發展指引〉(Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet) 指出四項限度已超過地球可負荷的範圍。2023年，科學家團隊首次對九大地球限度全面量化確認，結果顯示，已有六項限度被跨越，地球生態系統面臨高度風險。2024年《地球健康檢查報告》(2024 Planetary Health Check) 進一步指出，這六個被跨越的限度呈現持續加劇的趨勢。
在一般人主觀認知裡，可能將氣候變遷所造成的極端氣候及天然災害視為對人類存續最大的威脅。不過「地球限度」的研究結果則顯示，生物圈健全性、新物質引進、生物化學循環等面向情況更嚴峻，已達高風險值，對地球系統的運作將造成不可逆的變化，這威脅著生存在地球上的所有生物。
地球系統運作的九大限度
維持地球穩定的九大限度，包括已超出地球負荷範圍的六項：
1. 氣候變遷 (Climate change)
自十八世紀工業革命以來，人類快速將封存在地底的化石燃料藉由燃燒釋放進大氣中，造成大氣中的溫室氣體比例增加，破壞了地球環境既有的氣候變遷進程。此外，人類因農業與居住需求，大量砍伐森林，降低了全球的碳匯，進一步加劇了氣候變遷。
2024年報告指出，大氣中的二氧化碳濃度已達 419 ppm，遠超過 350 ppm 的安全值，這使得全球輻射強迫持續上升，並且超越了安全限度。由於大氣中溫室氣體濃度的增加，地球輻射平衡發生變化，導致全球氣溫升高和氣候模式變化。全球平均溫度已高於人類文明出現以來的任何時期。
這些變化將引發極端氣候事件增加，如熱浪、乾旱、洪水和暴風雨，並且會引發海平面上升、冰蓋融化以及海洋和陸地生態系統退化。氣候變遷不僅影響人類生活和經濟活動，還會削弱地球系統的整體穩定性和恢復能力，增加跨越其他地球限度的風險。
2. 新物質引進 (Novel entities)
人類引入地球系統的合成化學物質、塑膠、基因改造生物（GMOs）以及人為釋放的放射性物質等。這些新物質被釋放到環境中，將破壞地球系統的穩定性，導致生態系統退化、物種減少，影響範圍包括污染土壤和水體、危害生物健康，以及破壞自然棲地的功能，對人類健康和生態安全構成潛在威脅。報告顯示，全球人為合成的化學物質量仍在上升，且新物質對環境的影響範圍難以完全量化。
2022 年研究證實包含塑膠在內的新物質對地球環境的影響已超過限度。據估計，全球現存的新物質約有 35 萬種；且目前的生產總量已經是 1950 年的 50 倍，這個數字預計會在 2050 年再翻三倍。
這些新物質已經對地球環境或生物體造成不可逆的負面影響。以塑膠為例，塑膠的原料（原油）開採會研究影響當地生態，製造過程則會排放二氧化碳、加劇氣候變遷。更嚴重的是，被製造出來的塑膠有高達八成還留存在環境中，有一大部分已經造成環境污染與生態危機。全球約有 5 兆片塑料漂浮在全球的海域中，且目前已知有超過 800 項物種受到海洋塑料的危害。近期也有越來越充分的證據顯示，塑膠微粒藉由食物鏈進到人體，將會構成一定程度的危害。
3. 生物圈健全性 (Biosphere integrity)
生物多樣性加速流失，生態系統的功能完整性持續下降。2024 年報告指出，全球生物圈的韌性和適應能力正在減弱，對其他限度產生的壓力影響加劇。
人類對糧食、飲水以及天然資源的需求是影響生物多樣性最主要的驅動力。以糧食系統為例，為因應全球人口增加所帶來的糧食需求，農民使用更多的肥料、殺蟲劑來提高生產力。同時，也使用了更多的能源、土地及水資源。這些活動都嚴重影響當地的生態系統，加劇生物多樣性的流失。
英國智庫 2021 年的報告指出，在已知 28,000 萬項瀕臨絕種物種中，就有 86% 與農業系統有關。
4. 土地系統改變 (Land-system change)
森林面積持續減少，所有主要森林生物聚落皆超出安全範圍。
全球人口增加導致越來越多原本為森林、濕地、草地的土地被轉為農地和居住地使用，這些土地用途的改變將影響固碳作用、水流、生物多樣性、以及生態系的平衡。
科學家認為土地系統的重點不在於比例數值，而應著重在土地的功能、品質以及空間分佈。舉例而言，同樣是 15% 的土地面積為農地，以更永續的方式耕作（例如：再生農法、農林混牧等）所帶來的環境影響，就會比集約方式耕作來得更少。
5. 生物化學循環 (Biogeochemical flows)
人為使用氮和磷的方式已破壞原存在於地球環境的平衡，導致水體污染和海洋「死區 dead zone」增加。
現代農業為滿足更多的糧食需求，將農地擴展到更多原本不適合耕種的地方，或是施用大量的化學肥料，破壞既有土壤中氮和磷的平衡。氮肥暴露在空氣中會釋放一氧化二氮，加劇溫室效應；而過多的氮肥和磷肥則會流入地下水和河川造成優養化、讓魚群等水中生物因缺氧死亡。
相比於 2009 年發表的〈地球限度〉版本僅標定出氮循環、磷循環失衡的問題，2015 年科學家指出應該關注更多元素的失衡對於生物圈的影響，例如：矽循環。
6. 淡水改變 (Freshwater change)
全球淡水循環和土壤濕度的穩定性正快速下降。
地球上淡水的健全度，可從藍水和綠水這兩類來評估。藍水是河流、湖泊和地下水，可作為生物體的飲用水源。綠水則是土壤中可供植物和土壤中的微生物使用的水。兩者皆是透過降雨來補充，並透過蒸發作用回到大氣中。然而，人為活動和氣候變遷已經大幅改變了地球的水循環以及淡水資源的分配。
藍水資源的壓力主要來自於農業和工業的過度使用，讓地下水庫難以獲得充分地補充；都市化、現代化則加速改變了地貌及河川流向，大面積的水泥地和柏油路讓雨水無法滲透到地底，直接影響水循環的平衡。
綠水資源的壓力則來自於森林砍伐及氣候變遷。科學家比較了現況與工業革命前的降雨、土壤濕度及蒸發等數據後發現，由綠水驅動的生態、大氣和生物地球化學的過程已呈現不穩定狀態。全球從高緯度森林到熱帶雨林、從農地到森林的土壤，已經廣泛呈現異常的極濕或極乾的狀態，這將會改變生態圈的健全、土壤碳匯、以及大氣中的水循環。對此，科學家於 2022 年證實綠水資源的改變已經超出地球能夠負荷的範圍，持續下去將可能發生不可逆的轉變。
目前仍在安全範圍內的限度包括臭氧層損害、海洋酸化和大氣氣膠負載，但這些限度也面臨著臨界點的威脅。
7. 海洋酸化 (Ocean acidification)
雖然目前海洋酸化尚在安全範圍內，對於珊瑚和貝類等鈣化生物的影響已愈加明顯，且呈現持續加劇的趨勢，因此科學家建議重新評估此限度的狀態。
海洋是全球最大的碳匯來源，約有四分之一人為排放到大氣中的二氧化碳被海洋所吸收。然而大氣中過多的二氧化碳與水結合成碳酸，將導致海洋酸化，其中一項危害是影響到多種以碳酸鈣為重要基礎生物的生長，例如：珊瑚、貝殼生物。尤其珊瑚礁是熱帶魚群最重要的棲息地，受到嚴重損害的珊瑚礁將直接影響海洋生態系，繼而減少遠洋漁獲。
8. 大氣氣膠負載 (Atmospheric aerosol loading)
氣膠是指存在於大氣中、顆粒直徑約在 0.01-10 微米間的固體或液體懸浮物。這些氣膠可能是自然形成（如：火山爆發），也可能藉由人類行為所排放的空氣污染（例如：交通工具、能源使用等）。
這些微粒會透過吸收和散射光線影響地球的輻射平衡。2024 年報告指出，大氣氣膠負載的南北半球差異目前為 0.065，尚在安全範圍內，但接近設定的 0.1 安全界限。氣膠負載會改變全球和區域的氣候模式，影響降水分布並引發乾旱風險，同時對人類健康造成危害，如呼吸系統和心血管疾病。
根據世界衛生組織統計，2016 年全球約有 700 萬人因家庭和周遭環境的空氣污染而喪生，由此顯見氣膠對於人體的長期威脅。不過氣膠被標定為地球限度之一的原因，主要在於其對全球氣候系統的影響。氣膠會與水蒸氣交互作用形成雨雲，一方面會阻擋大部分的太陽輻射進入地表，使得地表氣溫下降；另一方面則會改變水循環，影響大範圍的氣候系統，尤其是熱帶地區的季風系統。
9. 臭氧層損害 (Stratospheric ozone depletion)
位於平流層中臭氧濃度較高的部分（俗稱「臭氧層」）能隔離絕大多數對生物體有害的紫外線進入大氣層，然而過多的氟氯碳化物溢散到空氣中便會催化臭氧的分解，致使地表生物受到更高程度的紫外線危害。
1987 年起的《蒙特婁議定書》 (Montreal Protocol) 及後續的調整案和修正案已針對工業品（例如：冷媒、滅火器、發泡劑、噴霧劑等）中的氟氯碳化物進行嚴格管制。在各國協力下，臭氧層破洞自 2000 年起以每十年 1-3% 的速率持續縮小中，不過世界氣象組織預計至少得等到 2050 年才可能完全修復。
限度之間的連動性
失衡的「大氣氣膠負載」影響大範圍區域的季風氣候，改變降雨分佈，最終將影響「淡水使用」。當森林變成草地、草地變成農耕地，這些「土地系統改變」將會降低地球的碳匯能力，加劇「氣候變遷」。而「新物質引進」、「海洋酸化」、「臭氧層損害」、「土地系統改變」等諸多面向最終也都將會影響「生物圈健全」。
對此，科學家認為應當將「氣候變遷」及「生物圈健全」兩個面向視為核心界線，因為這兩個界限的變化將會驅動其他面向發生大幅度的改變，使得地球系統進入另一個新狀態。
這些限度之間具有高度的相互關聯性，2024 年的報告強調，唯有採取全面的全球行動，才能降低人類活動對環境的影響，確保地球系統的穩定和永續發展。
指數成長的大加速曲線
前述的〈地球限度〉研究顯示，地球環境正在持續惡化，情況若無改變，地球將變得愈來愈不宜居，嚴重影響我們以及後代子孫的生存環境。
究其根本，促成這些面向超載的成因都與人類的經濟活動息息相關。
2015 年一項著名的研究〈人類世的軌跡：大加速〉(The trajectory of the Anthropocene: The Great Acceleration)，整理自 1750-2010 年全球尺度下 12 項「社會經濟趨勢」及 12 項「地球系統趨勢」變化的數據並進行分析比較。他們驚訝地發現這兩組數據變化的曲線十分相似。
這項研究證實：地球環境的劇烈變化與全球蓬勃的社會經濟活動，兩者之間有緊密的關聯性。
自 1950 年以來全球的總人口數增加了 2.7 倍，經濟規模則成長了 9 倍。持續成長中的經濟活動伴隨著大量的資源開採與使用，讓初級能源使用量增加 4.7 倍，肥料使用量增加了 12 倍。
而經濟活絡則產生大量的交通需求，讓交通載具的數量增加 6 倍以上。然而，全球人口增長、區域的經濟繁榮度提高，都增加了對糧食、飲水和居住地等需求，導致同期間地球系統中二氧化碳濃度、地表溫度增幅、沿岸氮流量的年均公噸數、以及生態多樣性的減少比例等同樣呈現顯著向上的趨勢。
在過去五年中，人類消耗了驚人的 5 千億噸材料，幾乎相當於整個二十世紀的消耗量，卻只有 7.2％ 的資源是來自於循環資源。換言之，人類所使用的資源有高達九成以上都是初次從地球系統中被開採出來的。天然資源開發活動經常伴隨著棲地破壞，而從加工、運輸到使用等過程則排放出大量的溫室氣體或對生物體有害的物質。
當前的經濟發展模式與地球環境的惡化具有高度連結性，人類需要反思的是當「大加速」的指數型成長情況若持續下去，會發生什麼情況？
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