【原】【圖文課件】04-1 人類世的時空邊界及爭議：全面解讀人類世

生態(tài)學時空 2021-11-20

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《生態(tài)學：管理大自然的經(jīng)濟學》

Ecology: The Economy of Managing Nature

復旦大學生命科學學院趙斌教授在中國大學MOOC網(wǎng)站上傾心打造的《生態(tài)學：管理大自然的經(jīng)濟學》。關注本公眾號，可在第一時間獲得課程的同步更新。

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地球上的人類活動對全球的影響是驚人的，幾乎所有的人都同意這足以稱為一個新的時代，如果能給一個新的名詞和術語，將有助于重視人類與地球關系所發(fā)生的變化。人類世這個名字已經(jīng)被念得朗朗上口了，但對這個地質(zhì)年代是何時開始的，其爭議絲毫沒有減少，總是會老生常談地引發(fā)新一輪爭論。那么我們今天繼續(xù)探討這個話題，不是為了引起新一輪爭論，而是為了告訴大家，這些爭論的焦點在哪里？

如果要追溯這個術語的來歷，應該是1995年，諾貝爾獎得主、荷蘭大氣化學家保羅·克魯岑（PaulCrutzen）創(chuàng)造的。但也有人認為這個詞不是克魯岑所創(chuàng)造的，而是他推廣的。但無論如何，克魯岑與這個詞有很大的關聯(lián)。克魯岑最杰出的工作是研究臭氧層空洞，這是最體現(xiàn)人類社會對地球環(huán)境所造成影響的事件。

因此，我們完全有理由相信，人類世的想法是基于人類活動影響的認識，特別是影響到以前曾被認為是“自然”的世界。如今，我們越來越真切地感受到，大氣氣候系統(tǒng)，與其他地球物理系統(tǒng)以及文化系統(tǒng)，同樣有著千絲萬縷的聯(lián)系。這可能是我們?nèi)祟愖约褐圃斓牡刭|(zhì)年代。

一說到地質(zhì)年代，許多人也許就會頭大。大家都知道，地質(zhì)年代是用來描述地球歷史事件的時間單位。自從英國地質(zhì)學家史密斯提出“化石層序律”后，就把地質(zhì)時間與生物演化的各個階段聯(lián)系起來：在不同時代的地層中含有不同的化石，同樣，如果我們得到了這些化石，也就可以推斷出這些化石的地層年代。大家現(xiàn)在看到的這個，就是2016年4月國際地層委員會發(fā)布的國際年代地層表。這個表是一個標準，但是變動也是很頻繁的，是希望能反映科學研究的最新進展。于是這個表變得越來越復雜。不過，到目前為止，我們今天探討的主題“人類世”還沒有加入這個列表，否則也就必要我們再進行一次討論了。

這是2018年7月更新的國際年代地層表，第四系和寒武系分別增加了新的金釘子和新的階段，這樣在地質(zhì)時間上，第四紀的全新世被劃分為3個時期，并增加了2枚金釘子。金釘子，我們過會兒再討論。大家不知道注意沒有，我剛才在說地層的時候，說的是第四系和寒武系，而在說地質(zhì)年代的時候，說的第四紀和全新世。經(jīng)常有人將地質(zhì)年代和年代地層搞混，我們下面來簡單說明一下。

這是一張地質(zhì)年代與年代地層單位對照表，大家看到，還分國際性和地方性的。地質(zhì)年代單位，指的是地質(zhì)歷史時期中的時間劃分單位，它不是物質(zhì)實體；而年代地層單位則是指，以地層的形成時限~作為依據(jù)而劃分的一種地層單位，或者說，是在某一特定的地質(zhì)時間間隔中~所形成的地層。雖然大家現(xiàn)在看到的是地質(zhì)學家們進行的中文翻譯，但這些文字本身就體現(xiàn)了中國地質(zhì)學家們的考究。比如地層單位中第一級就是宇，在漢語中，宇就是指上下四方的空間，而表示地質(zhì)年代的時間單位，對應地就用了宙，宙就是指古往今來的時間。所以，漢語中的“宇宙”就是時間和空間的含義。

這張表是地質(zhì)年代的五級劃分，級別從大到小依次是：宙代紀世期，在各個地質(zhì)年代里所形成的地層單位，也對應地稱為：宇界系統(tǒng)階。就是這個十字口訣，其實也很好記的：宙代紀世期，宇界系統(tǒng)階。所以，通俗地講，地質(zhì)年代單位代表的是時間，年代地層單位代表這段時間內(nèi)形成的地層。比如，寒武紀形成的地層稱為寒武系，第四系就是在第四紀形成的地層。具體確定二者之間的關系，我們還需要借助一些標準。比如我們下面要談的標準化石和金釘子。

地球歷史就記錄在巖石中，這一點大家應該很容易理解。在眾多的古生物門類中，有些門類特征非常顯著，演化迅速，在反映地質(zhì)年代上就顯得非?！办`敏”，所以這種化石，被科學家們稱作“標準化石”，比如，三葉蟲，它們只生存于古生代，而且演化明顯，在古生代不同時代，都有各具特色的屬種代表，成為最著名的標準化石；也就是說，如果我們在某個地方采集到了一個三葉蟲化石，我們就可以肯定地說，這個地區(qū)的地層年代是古生代，而且還可以根據(jù)三葉蟲的屬種，進一步確定是生活在古生代的具體時間，可以區(qū)分為是寒武紀呢，還是奧陶紀？但另外的一種腕足動物舌形貝，也就是我們俗稱的海豆芽，從寒武紀就已經(jīng)出現(xiàn)，現(xiàn)代海洋中仍然十分常見，長達幾億年的時間跨度，形態(tài)、大小和內(nèi)部結構都幾乎沒有什么顯著變化。那么同樣，如果我們在某個地方采集到到舌形貝化石，我們就開始懵圈了，因為它并不能幫助我們確定具體的地質(zhì)年代。

前面說的“金釘子”這個稱呼，其實是來自人類的鐵路修建史，代表一項巨大工程的完成。地質(zhì)學家借用這個詞，就想體現(xiàn)年代地層學中一項巨大工程的完成，也形象表達了這是“釘進”地球表面的一個有特殊含義的“點”，隱喻了它在年代地層學中重要的地位和里程碑式的科學意義。金釘子呢是一個俗稱，因為這個詞的科學術語非常冗長而且拗口，全稱是“全球標準層型剖面和點位”（GlobalBoundaryStratotypeSectionandPoint,簡稱GSSP）。很麻煩吧，根本就很難記住，不過其簡稱GSSP倒是很常用。大家記住了，GSSP就是金釘子。

如果我們把剛才那張表進行擴展，就可以看到這樣一個列表，這就是我們頭大的原因。我今天并不想介紹這個表，否則就很無趣了，而只是介紹一個能讓你理解的輪廓。

人們習慣以生物的情況來劃分地質(zhì)時間，這樣就把整個地球46億年劃成兩大單元：隱生宙和顯生宙。那些看不到或者很難見到生物的時代，就被稱做隱生宙，而將可看到生命以后的時代呢就稱做是顯生宙。這樣的稱呼應該很容易理解，對吧。隱生宙又細分為冥古宙、太古宙和元古宙。隱生宙的上限為地球起源的那個時間，其下限年代卻不是一個絕對準確的數(shù)字，一般說來可推至6億年前，也有推至5.7億年前的。反正從那個時代以后到現(xiàn)在，就是顯生宙。

宙之下呢，就被劃分為一些代，通常的分法大致有：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五個代。太古代一般指的是地球形成及化學進化這個時期，估算的年代有數(shù)億年之差，因為我們目前所能掌握的最古老的生命或生命痕跡，還有許多不確定因素。元古代緊接在太古代之后，其下限為前寒武紀生命大爆發(fā)之前。自寒武紀后到2.3億年前，這段時間為古生代。從2.3億年前到6500萬年前為中生代，從6500萬年后到現(xiàn)在為新生代。

代下又劃分為紀。最古老的紀叫震旦紀，這個稱呼是與中國有關的，這點從震旦紀的英文名Sinian就還可以看出。據(jù)說，這個名字是當年美國人葛利普1922年在中國考察的時候命名的，他按照古代印度人稱呼中國為日出之地而取了這個名稱。這個時期的生命主要是細菌和藍藻，后期開始出現(xiàn)真核藻類和無脊椎動物。

有趣的是，歷史上還有一個震旦大學，當時是法國天主教耶穌會~在中國上海創(chuàng)辦的，是一所著名的教會大學。那現(xiàn)在去哪兒了呢？后來，因為1952年中國院系調(diào)整，將震旦大學各院系分別歸并上海市各有關高校。另外，復旦大學的前生是稱為復旦公學，現(xiàn)在追認“復旦”二字出自一個名句“日月光華，旦復旦兮”，其實這似乎是不對的?！皬偷睉撌遣煌鸬┲f，更含復興中華之意。關于更多的紀呢，我們就不一一評說了，大多與命名的地點，與重要人物，重要事件和特點有關。

但對于第四紀，我們不得不說。這是否意味著還有第一、第二、第三紀呢？的確如此。最初，人們把地殼發(fā)展的歷史分為三個紀，第一紀大致相當于前寒武紀，即太古宙和元古宙、第二紀，大致相當古生代和中生代，最后就是第三紀，相對應的地層分別稱為第一系、第二系和第三系。1829年，法國學者德努瓦耶在研究巴黎盆地地層時，把第三系上部的松散沉積物劃分出來，命名為第四系，其時代為第四紀。而后來隨著地質(zhì)科學的發(fā)展，第一紀和第二紀因為細分成若干個紀被廢棄了，僅保留下第三紀和第四紀的名稱，這兩個時代合稱為新生代。而現(xiàn)在第三紀又分為古近紀和新近紀，所以實際上只有第四紀這個名稱了。如果這樣發(fā)展下去，第四紀也有可能在未來被細分后放棄不用了。

第四紀，接近于現(xiàn)代，自然研究得也就比較多。在第四紀，生物界已進化到現(xiàn)代面貌，靈長目中完成了從猿到人的進化。地球板塊的運動不到100公里，與之前的地質(zhì)年代相比幾乎可以忽略。這個時期，氣候變化不斷發(fā)生，冰期與間冰期更替。而且還發(fā)生了第四紀冰川，這是地球史上一次大冰川期。這個時期，只有很少新的動物種類產(chǎn)生，甚至在更新世末期，北半球還有不少哺乳動物相繼滅絕，比如劍齒虎、猛犸象、乳齒象、雕齒獸等等。發(fā)生大規(guī)模絕滅的原因，是人類的狩獵活動，還是自然環(huán)境的變遷，是現(xiàn)在爭論不休的話題，因為第四紀也是人類出現(xiàn)并迅速發(fā)展時代，我們的故事呢就是從這里開始。

當然，紀下面還有分級單位“世”，如新生代有兩個紀，共分為七個世，依次為：古新世、始新世、漸新世、中新世、上新世、更新世、全新世等。呵呵，這么多新，就是想方設法地說這是新的唄。

因為全新世與我們今天的話題極為相關，所以我們先來了解一下。全新世的時間短，始于1萬2千年到1萬年前?？梢韵胂?，其沉積物的厚度是非常小的，但是它的分布范圍廣呀。全新世的時候，人類已經(jīng)進入了現(xiàn)代人階段。特別新仙女木事件結束之后，人類就開始大踏步邁向新石器時代的新紀元。

那么到了近現(xiàn)代呢，近現(xiàn)代人類活動對環(huán)境的影響，超出了以往任何時候，重要標志是人類活動造成的氣候與環(huán)境變化。始于18世紀后期工業(yè)時代的蒸汽機發(fā)明，世界人口開始爆發(fā)式增長，城市迅速擴張。然后，采礦業(yè)，農(nóng)業(yè)開始大發(fā)展，水和其他資源大量消耗。燃煤工廠泛濫，大量河流筑壩，這大大改變了地形。發(fā)動機的發(fā)明，導致大規(guī)模石油和天然氣的使用。這所造成的眾多影響，就是大氣與海洋污染、氣候變化、冰蓋融化、海平面變化、土壤侵蝕和沉積模式的變化、導致物種滅絕和物種遷移。

其中，受到最多關注的一個指標，那就是全球二氧化碳和甲烷濃度的迅速升高。這不得不讓許多科學家來主張確定一個合適的時間邊界，來確定人類的影響。比如，你看了這張圖，覺得究竟應該如何來劃分呢？克魯岑主張將這個年代確定為18世紀后期的工業(yè)時代，這樣的定位有什么不妥嗎？那究竟什么時期比較合適呢？

我們知道，定義一個地質(zhì)年代是有一些標準的。曾經(jīng)的地質(zhì)年代，流星撞擊、大陸運動和持續(xù)的火ft噴發(fā)，這些會大幅度改變地球在全球范圍狀態(tài)的事件，被記錄在地層材料中。地質(zhì)學家就是根據(jù)地層學的證據(jù)來確定地質(zhì)年代的。從這個角度來考慮，也許最能代表人類活動對地球的影響，而且還被記錄下來的，應該是原子彈爆炸試驗了。的確有人是這么想的，并認為這是獨特的人類世信號。

20世紀后期，全球各國的原子彈試驗，導致全球放射性同位素蔓延，地質(zhì)學上的標記的確是非常清晰的。但是，大多古氣候?qū)W家則明確表示反對，為什么呢？他們主張人類世的開端，應該從新石器時期開始計算，因為從那個時候，人類開始了對森林的砍伐，導致從八千年前，大氣中的二氧化碳就開始增加了，而栽培和灌溉技術，則導致五千年前大氣中甲烷濃度大幅度上升，這都對氣候模式產(chǎn)生了深刻的影響（Ruddiman，2003）。而考古學家大體也認可這個說法，他們還明確表示，這個時代應該從幾千年前就開始了，而不是將注意力放在相對突兀的全球變化上，這個劃時代的人類影響長鏈已經(jīng)遠遠伸展到史前時代，人類其實已經(jīng)在很長一段時間就開始改變地球生態(tài)系統(tǒng)了。

還有人說，人類世要追溯起來，可能遠不止于此。比如發(fā)表在Nature Geoscience上的這篇通訊文章，它就認為，晚更新世人類的狩獵，導致了美洲巨型動物的滅絕，并帶來甲烷排放量的顯著減少。因此文章得出結論：人類世應該從13400年前就開始了，這與人類首次大規(guī)模遷移至美洲的時間是一致的。

還有許多資料顯示，在18世紀之前很長一段時間，人類就開始在地球上進行全球性的大規(guī)模改造活動。美國俄勒岡大學的考古學家喬恩·厄蘭森（Jon Erlandson）就指出，人們在約6萬年前就開始改造大陸了，那時他們從祖居地非洲進行擴散，進行大型狩獵活動時，會焚燒植被，砍伐森林，這就開始為人類統(tǒng)治地球創(chuàng)造條件了。在許多地區(qū)，包括大部分島嶼和大洲，人類到達后不久許多大型哺乳動物就相繼滅絕了。由于氣候變化也是隨著人類的到來而發(fā)生的，所以，狩獵與氣候變化的共同作用殺死了巨型動物。

人類世所導致的重大影響，會隨著時間的推移而積累。農(nóng)業(yè)是導致人類足跡在全球彌散的最重要原因。農(nóng)業(yè)幾乎同時出現(xiàn)在近東地區(qū)，亞洲和美洲，這是人類開始重塑地球了。農(nóng)業(yè)的起源大約在11500年前，與全新世的起點一致，也是末次冰期的結束，正好形成一個非常正規(guī)的“金釘子”構架。距今約九千年前，小米、小麥、大麥作為糧食就開始在中國各地萌芽了。其實，這已經(jīng)不是簡單地在森林中墾出一些空地了，早期生產(chǎn)大米的農(nóng)民已經(jīng)開始改造景觀、河流和渠道了。

在過去數(shù)千年時間里，中國南方地區(qū)就在河流下游筑水壩，修運河，開墾廣闊的稻田。即使一些曾經(jīng)被認為是相對不受人類干擾的地區(qū)，如亞馬遜流域，其實也受到了史前人類的徹底改變，至少從四千年前，就建立了大量的土方工程和堤壩、道路。

但是，問題是，如果這個標記就是早期農(nóng)業(yè)，那么其實就沒有什么必要尋找其他的起始點了，也沒有必要確定一個新的術語來標記這個新的地質(zhì)年代了。因為目前這個時期，已經(jīng)稱為全新世。的確有人認為這是多此一舉。

但是，有許多科學家都認為，無論農(nóng)業(yè)有何種影響，早期農(nóng)耕活動導致的溫室氣體增加，與目前相比實在不值得一提，當時所引發(fā)的氣候變化實在太小。有許多研究都表明，人類獵殺并非是引起巨型動物滅絕的主因，因為巨型動物很少對“地球系統(tǒng)的整體運轉(zhuǎn)產(chǎn)生顯著影響”。而地球變暖才是人類世的一個重要特征，這是現(xiàn)代人類的“戰(zhàn)果”，將人類世的起點追溯到史前，那就矮化了目前這個劃時代的影響。

雖然人類世在地球歷史上只是小小的一個薄層，但人類已經(jīng)成為一個主要的地質(zhì)力量。僅通過采礦活動，人類就比世界上所有的河流所移動的沉積物總和還要多。此外，智人還暖化了地球、提高了海平面、破壞了臭氧層、酸化了海洋。人類對地球的影響是否足夠建立了一個新的地質(zhì)時代？可能，人類世“是一個量級比地層學更復雜”的問題。

所以，與其說克魯岑（Crutzen）最初提出這個術語是為了定義一個科學名詞，還不如說這其實是他想探討這個劃時代影響的一個戰(zhàn)略，讓公眾認識到人類摧毀世界的程度。

根據(jù)上面的爭議，我們可以看到，由于科學家們的專業(yè)興趣不同，出現(xiàn)這些爭執(zhí)并不奇怪。考古學憑借自身學科的優(yōu)勢，可在更為精確的時間尺度上提供一些基礎證據(jù)。然而，在一定意義上，嘗試把這個時間邊界進行精確概定，可能并非明智之舉。一般，地質(zhì)時期的時間邊界為幾萬、幾十萬、甚至幾百萬年的時間。因此，幾千年的差異對地質(zhì)年代來說并沒有什么太大區(qū)別，而且試圖將這個時間邊界修正到某個精確的時間幾乎是不可能的，尤其是當這些證據(jù)主要位于人類所居住的地質(zhì)時代時，這更是一種奢望。

我們可以想象一下，如果遙遠未來的地質(zhì)學家，要研究我們目前的這個時代，很可能從我們現(xiàn)在使用的人工制品開始。那么這些制品，是燧石手斧還是瓦片，或者是火箭榴彈更重要？如果對精確度要求不高的話，都是典型的人類世時代的標志。因此，從這個意義上說，拉斯科洞窟的古壁畫可能是一個真正的人類世指標，但這與核電站深埋的放射性廢物有什么兩樣呢？所以，有人認為，人類世的區(qū)分，首先其指標應該有明確的科學含義，而不是此類指標對人類文明發(fā)展過程中所起的作用。因此，僅僅將工業(yè)革命開始時大氣CO₂濃度快速上升作為這個時代開始的標志，又肯定會引發(fā)許多爭議的。

剛才我們說的都是時間上的變化，但大家別忘記了，從空間上來看，人類世如果只被定義在行星地球尺度，即人的活動影響著全球環(huán)境系統(tǒng)，也是不合適的。因為，人類活動的實際影響，已經(jīng)遠遠超出了地球，進入了太陽系。如果人類世是一個地質(zhì)時代，那么它應該是星際范圍。數(shù)以百計的衛(wèi)星繞著地球旋轉(zhuǎn)，這與地球上的大壩、油井、手機、微處理器和人類工程一樣，是人類世的人工制品。

因此，人類世還應該包括軌道空間，其他行星和天體。而且，星際材料的交換也開始發(fā)生，比如各個國家的登月計劃將月巖帶回地球，火星上的地質(zhì)條件也受到了人類的干擾，人類制造的挖掘機器人正在上面采集樣本。

說到尺度，有大尺度，就有小尺度。其實從另一方面講，人類在更小尺度上，其操控能力也在逐步加強。例如，現(xiàn)代科學技術使人們可對納米尺度的原子和分子結構進行操作。事實上，正是對微米和納米尺度上的精確處理，也就是更小、更快的微處理器，使用納米材料的納米器件，生物工程中對DNA的操控等等，才加快了人類對更大行星尺度上的人類行為?？梢姡祟愂肋€有許多需要探討的特點，這都值得我們繼續(xù)挖掘。

我們現(xiàn)在看到，有關人類世的劃分這個這個問題呀，最后顯然并沒有達成一致，所以在最新的國際年代地層表中也沒有將人類世加入。要么，將人類世添加到全新世之上，作為一個新的世，這就要求是正式的時間單位，但爭議實在太多；或者以前的時間尺度和單位都保持不變，人類世僅作為一個非正式的時間單位——這其實就是目前的現(xiàn)狀。

這個話題，看似未來還應該有續(xù)集，讓我們拭目以待。好，同學們，今天的課就到這里，再見！

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