人与自然和谐发展

人与自然和谐发展——来自环境演化研究的启示刘东生(中国科学院地质与地球物理研究所)摘要：人与自然和谐发展的概念是在党的十六界三中全会上提出的科学发展观。对于我们地球科学工作者探索一个新的研究领域来说这既是一个难得的机会也是一个严峻的挑战，我们深受鼓舞。人与自然和谐发展问题可以从环境及其未来发展等四个方面来研究：一，环境问题是全球经济和社会可持续发展的主要障碍。二，环境问题研究本身就是环境演化的研究，而环境演化在研究未来的时候，更需要认识现在和过去。三，环境问题导致人们把地球作为一个系统来研究。我们对地球系统的研究的认识比我们需要知道的要少得多。所以我们在地球科学里面把现在或者说昀近这一个时代，看作是环境问题的时代；并将其作为一个单独的、有特殊含义和内容的地质时代来研究。这个新的地质时代就是“人类世”。四，“人类世”是人与自然关系研究的新视角，也是从地球环境科学和人文科学中寻求自然科学的走向和实践的新途径。人与自然和谐发展问题可以从环境及其未来发展等四个方面来研究：一，环境问题是全球经济和社会可持续发展的主要障碍。二，环境问题研究本身就是环境演化的研究，而环境演化在研究未来的时候，更需要认识现在和过去。三，环境问题导致人们把地球作为一个系统来研究。我们对地球系统的研究的认识比我们需要知道的要少得多。所以我们在地球科学里面把现在或者说昀近这一个时代，看作是环境问题的时代；并将其作为一个单独的、有特殊含义和内容的地质时代来研究。这个新的地质时代就是“人类世”。四，“人类世”是人与自然关系研究的新视角，也是从地球环境科学和人文科学中寻求自然科学的走向和实践的新途径。一环境问题是全球经济和社会可持续发展的主要障碍近代环境问题自从RachelCarson的《寂静的春天》这本书在60年代问世以来在世界上引发了一系列的政治、经济和社会问题的反思。人们认为这是人类对自己赖以生存的环境的一个新的觉醒的时代。虽然它是涉及人文科学的问题，但它在促进环境和人文科学发展的同时也促进了自然科学的前进。几十年来，环境科学的研究在空间范畴上，历经从治理“三废”扩大到保护区域环境，到今天的对全球变化的研究。在时间范畴上，从对环境的现代物理、化学和生物过程的分析，进而到试图对人类和这个星球的未来情景有所预见，这大大的提高了人们对1环境演化及其机制认识的要求，也就是对人作为环境演化的产物和“驱动力”的认识。在环境中由于大量使用化石燃料等原因所引起的温室效应，导致地面温度不断上升。昀近政府间气候变化研究小组三千多位科学家完成的报告预测，21世纪的温度将上升1.4—5.8摄氏度，在20世纪已经上升了0.6度。在夏威夷观测台得到的结果表明,从1955年到2000年大气中二氧化碳含量在持续升高。大量使用化石燃料是导致这个结果的重要原因之一。现在中国的能源生产总量为16亿吨标准煤，占全球的11％，是世界第三大生产国，同时能源的消耗为16.8亿吨标准煤，为世界第二大消费国。面对这样全球性的不良环境问题不禁使人感叹，当人们沉浸于征服自然的胜利的时侯，盲目改造自然的恶果会悄然袭来。从化石燃料导致的地球表面温度升高和它带来的对环境的不良影响我们就可以看出人类和自然界不和谐的后果。水资源缺乏是一个全球性的严峻问题。我们知道生产一吨小麦要1000吨水，生产一吨玉米要1200吨水，而生产一吨稻米则要2000吨水。我国西北五省加上内蒙古是一个干旱半干旱地区，人均水的占有量仅是1781吨，和全国的平均人均占有量2200吨还差得很多，由于水资源的不足对农业生产造成的影响是很严重的，再加上因温室效应造成的温度上升和自然灾害，对人的生活和生产的影响就更厉害了。这就进一步导致了土地的不合理利用，造成荒漠化现象扩大，现在我国有267.4万平方公里已经荒漠化，占国土面积的27.9％，在西部地区所占比例还要大。对于荒漠化的治理，过去三年国家共投资了110亿元，取得了一定的效果，但问题仍然很严重。温度的升高引起海水面上升造成的影响也将威胁着我们。据估计，如果气温上升1摄氏度，海水面要升高10厘米。现在占全球四分之三的大城市以及占40％的人口都集中在离海岸不过60公里的地区，如果海水面上升当然会对这些城市和人口有很大的影响。据说，昀近有些小的岛国，如靠近澳大利亚和新西兰的图瓦卢，它的全部国土都位于海平面上仅4.5米，由于海水面上升有的地方已经被淹没，如果海水面再往上升，可能这个国家就不存在了。至于说生态环境的破坏，一般人们认为很难计算生态失衡的经济价值的大小。印度一位学者提出，一棵50年的大树所产生的氧气、吸收的有毒气体、防2止大气污染，增加土壤肥力，涵养水源，以及为鸟类和兽类提供繁殖场所等这六项作用加起来，可以得出来它的生态效益是19.6万美元。如果属实在我国神农架保护区，50年以上的树有50万株，按这样来算，神农架这个地区就森林资源本身来说，生态效益可以大于一百亿美元，赶上2003年整个上海市的GDP总值。可是现在这个地区仍然还是比较贫困的地区，对于这样的地区，我们更应该注意加强保护，避免因为经济开发而破坏森林生态环境。如此说来所以我们需要一个新的科学的发展观来指导人类的生活。中国共产党十六次代表大会三中全会提出的“可持续发展，就是要促进人与自然的和谐，实现经济发展和人口、资源、环境相协调”，这样一个新的科学发展观，也就是人与自然和谐的发展观。二环境演化，研究未来需要认识现在和过去无论是从哲学家的观点，认为环境是在世界中存在的意义上的环境；还是从科学，尤其是地质科学的观点，认为环境是宇宙中的行星地球上人类生活的环境，都需要认识环境问题的过去、现在和未来，所以环境问题本身的研究就是环境演化的研究。研究现在和未来的环境问题，需要从过去的历史中寻找经验，昀近40年来地球科学在深海、极地和大陆等方面的研究中有三项突破，为探索这一问题提供了重要的科学依据。环境地质学是把地球的过去看作是它未来的不可分割的一部分，并以此作为指导来进行研究的。从上个世纪60年代以来认识地球近代气候环境演化的第一项突破是深海打钻的成功，在几千米水深以下的海底取上来完整的钻孔样品，研究的结果发现这些深海沉积完整的记录了近期地球气候环境变化的历史。中国海区,1999年第一次进行深海科学钻探是深海钻探计划（ODP）第184航次，这个项目的首席科学家上海同济大学海洋与地球科学学院的汪品先院士和美国布朗大学的WarrenPrell教授。这一航次的研究取得了丰硕的成果，不仅揭示了2，000多万年以来在近中国的南方海底沉积所反映的海洋、大气、生物等环境历史及其演化规律的时间变化，而且也显示了空间上热带海洋对东亚大陆的气候的影响。全球各大洋深海沉积的研究结果表明，250万年以来，地球经历了许多次的3冰期和间冰期气候变化的旋回，而人类的文明就是在寒冷的冰期和温暖的间冰期这一环境所中诞生的昀重要的事件之一。在气候环境研究上取得的第二重大突破，是冰层钻探取得了南北极地冰芯里面七十几万年以来大气的样本，它是研究古大气变化的直接证据。除了地球两级以外，中国科学家在被称为第三极的青藏高原的希夏邦马峰达索普冰川上海拔7000米的地方进行钻探，研究了几十万年来青藏高原环境变化的历史。以前对南极冰芯的研究，重建了42万年以来的气候和大气成分演变的历史，并且提供了自从工业革命以来，大气里面二氧化碳（CO2）和甲烷(CH4)急剧增高的证据。空气被包含在雪里面，当雪被压实变成冰的时候，空气就被保存在冰里面形成为气泡，而钻探取出来的连续的,从现在到几十万年以前的冰芯，里面的气泡也就是几十万年以来当时大气的成分。根据从冰芯中大气成分里CO2和CH4等温室气体的含量在工业革命以后和其以前比较有急剧升高的现象。诺贝尔奖获得者PaulCrutzen和Stoermer教授提出人类从1746年开始进入一个新的地质时代，即“人类世”(Anthropocene)。南极的冰芯中所揭示的自工业革命以来，CH4和CO的急剧升高，超过了地质历史上42万年以来自然界所经历的四次冰期和间冰期的丰度，说明，42万以来这是受到了人类活动增强，特别是工业发达的影响。正因为这一现象说明人已经成为一个不可忽视的地质营力的作用的重要意义，从1996年到2003年这8年的时间，科学家们又在南极作了很多的工作，取得了新的，年代更久的冰芯样品，并在研究上取得了新的进展。这一结果被认为是2003年世界十大科学成就之一，从2004年发表的结果来看，南极研究的新结果从时间上把以前42万年的编年记录，向前推到了距现在74万年以前，使人们更加相信人作为一项地质营力，其影响可能有时会超过自然界本身的力量，并具有破坏性。这就是为什么要人与自然和谐发展和为什么要强调“人类世”研究的意义。同时还进行了多项指标对比研究，包括与太阳辐射的变化、同位素氘的变化、海洋氧同位素变化、以及粉尘变化的对比。所谓粉尘，就是黄土，在现代和古代的干旱半干旱地区，如我国的华北和西北地区，每年干旱季节经常会有沙尘暴，由高空沙尘暴所带来的粉尘，我们就叫做黄土。4地球上两个昀大的粉尘传输系统，一个是从非洲撒哈拉沙漠到美洲和欧洲的传送；另一个是从中亚的戈壁沙漠到中国的西北、华北，然后到日本，再飘过太平洋到达北美，甚至向北跨过极地到欧洲，在阿尔卑斯山上还接到过从中国吹去的粉尘。黄土是由风力搬运的粉尘沉积于地表上所形成的，和大洋中的深海沉积一样，黄土堆积随时代逐步加厚和随气候环境变化，因而保存了很多环境的信息。对于这个信息库的解译是认识环境演化的第三项突破。中国黄土高原是世界上黄土分布面积昀大和沉积昀为连续的地区之一，其年代是由2.7百万年到现在。昀近在离甘肃天水不远的秦安，郭正堂发现有距现在2200万年前的黄土和古土壤层。这个发现使人们看到了。在亚洲的东部，可能在很早以前就发生了干旱和湿润的交替现象。这种对自然环境变化的地质历史的研究改变了人们对今天的干旱化的认识和对沙漠化的发生和治理的理念。根据黄土的磁化率、粒度等作为古气候代用指标的测定，可以看到其干旱和湿润的变化规律是和深海的同位素各时期，各阶段可以对比的，这反映了古气候变化的全球性。所以，深海沉积、冰芯和黄土，虽然各具特色，但又共同具有一致性，这是地质记录所证明的。70多万年以来，它们的气候波动是可以对比的、是一致的。但是黄土层的另一自己的属性是它比深海沉积和极地冰芯更接近于我们人类的起源和人类的文明以及人类的生活，因为我们不可能从几千米水深下边的深海沉积中去发现人类的遗迹，也很难从极地的冰芯中获取大量人类活动的迹象，但是黄土却可以给我们提供丰富的环境演化和人类活动的信息。这是研究人与环境演化，也就是人与自然和谐发展，以及人类应如何与自然和谐发展的一个很有价值的范式，因为随着人类社会和自然界演化的不断进步，人类活动有的时候会是建设性的改进自然环境与自然和谐，也有的时候破坏人与自然之间的和谐。这种人类应该与自然和谐发展的理念，可以从2万多年末次盛冰期以来中国北方沙漠的分布和历史来看，在东北地区，发现盛冰期的时候因气候严酷有利于的沙漠活动，所以沙漠分布较广。但到了距今8－3千年的时候，气候温暖湿润被称为全新世适宜期。这一时期适于土壤的形成并固定了以前冰期时期形成的沙漠，使这些沙漠成为被埋藏的沙层。但是由于人类的到来，人类活动破坏了这些土壤层，造成土壤层之下的古凤成砂重新活化，又形成荒漠景观，这就是现代荒5漠化的历史背景和形成的过程。据此我们不仅可以了解荒漠化的地质背景，而且也是人类的活动破坏了它与自然的和谐，这为它的治理提供了科学的依据。三地球系统，我们知道的比我们需要知道的要少得多对过去历史的研究使我们能够全方位、多角度、多元化地了解过去地球系统的演化。然而地球系统非常复杂，我们对它的认识还远远不够。当今社会广为关注的大气中CO2温室效应问题，虽然人们已经从冰芯中了解到过去70多万年来CO2、CH4等温室气体的变化规律，但是对二氧化碳和全球变暖之间的关系还不十分清楚。在短时间尺度上，二氧化碳浓度变化和全球温度变化是一致的，一千年来在各不同地点的大气二氧化碳的浓度曲线和近一千年来在各不同的方面所获得的北半