汪品先

中国科学院院士同济大学海洋与地球科学学院教授

科学界有一堵看不见的墙： 时间的墙，古今之间的墙。人类生活里的今和地质学里的古，时间尺度相差悬殊，难以沟通。地质学的古记录在石头里，讲的是移山倒海、海枯石烂，动不动就是几百万年；而生活里的山和海是不变的，只有这样的山盟海誓才会有价值。但是随着科学的发展，这些原来的概念都出了问题。一方面运用高科技，能够测到今天的山和海都在变，就说2011年，福岛的九级大地震使得日本向太平洋东移了2.4米，拉尼娜事件造成的南美积水使得全球海平面下降5毫米，山和海都在动。另一方面是人类活动加强，对于原来只有地质学才研究的现象也都产生了影响，无论沉积过程还是生命演化都脱离了常规。这样一来，“现代过程”和“地质过程”之间原来的古今界限就变得模糊起来，于是21世纪刚一开始，就出现了“人类世”（Anthropocene）的新概念。

人类世概念的提出

从地球系统的角度看，所谓“全球变化”就是人类活动改变了地球表层系统自然运行轨道；换句话说，是具有智能的人类已经成为地球系统前所未有的一种营力。科学界其实很早就注意到人类智慧对自然过程的影响，八九十年前，苏联地球化学家弗拉基米尔·维尔纳茨基（Vladimir I. Vernadsky）和法国古生物学家德日进神父（Pierre Teilhard de Chardin）、法国哲学家爱德华· 勒罗伊（Édouard Le Roy）三位共同提出了“智慧圈”（noosphere）的概念，用来标志地球进入了有人类作用介入的新时期。可惜这些先哲的预见，并没有引起当时社会的注意。

重要的转折发生在世纪之交。在当前全球变化研究的高潮中，诺贝尔奖得主、荷兰的大气化学家保罗·克鲁岑（Paul J. Crutzen）为一份名气不大的“通讯”刊物撰写了一篇短文，提议将工业化以来的现代划作一个新的地质时期，叫作“人类世”，以强调人类在地质学和生态学中的特殊作用，并区别于冰期后的“全新世”。

想不到一石激起千层浪，人类世的建议立即获得热烈响应，我国最先响应的是刘东生先生。此后的15年里，世界上至少发表了300 篇国际论文、创刊了三种新学报专门讨论人类世，包括自然科学和社会科学在内。反应之热烈，说明这不只是一个新名词或者地层单元的问题，而是打开了一扇新的科学之窗：把现代的人类活动和社会变迁，放到地质的时空尺度里探讨；又把古老的地质过程和演变历史，延伸到了今天。人类世的提出，把“现代”和地质历史上“古代”的概念，在地球系统的背景上统一起来，从而推倒了古今之间在学术上的隔墙，用地质的眼光看今天，同时也促进了用现代过程的眼光去看地质历史。这与传统的“将今论古”完全不同：19 世纪进化论产生的将今论古忽略了不同时期地质过程的差异，20 世纪科学界早就指出“第四纪的通量不是地球的标准”。而21 世纪人类世概念的提出进一步点明了现代过程的特殊性，进一步揭示了各种通量的变化。正因为认识到了这种差异，才能刻画出地球系统的动态性质，才为古今一体化奠定了基础。

人类世的提出，改变了科学家们的视角。她促使学术界用新的眼光去观测森林，发现生态变化在加快演化的速率；去观测海洋，发现海水的温度和酸度都在上升，而贯穿其中的一根红线就是人类因素的影响。这种影响遍及地球表面过程的各个学科，从地貌学看，人类改变了地球一半以上陆地的地形和物质通量，世界上大河的河道基本上都因为筑坝而发生变化，森林开发和农耕土地改变了剥蚀和沉积的速率，使得“人类活动地貌学”走红。从沉积学看，人类活动加速水土流失在3 000年前已经开始，到1 000年前尤为加剧。但是更大的变化发生在20世纪的50年代，不但因为筑坝降低了沉积物入海流量，而且随着工业发展，沉积物里的塑料、工业黑炭、水泥屑等大量出现，成为辨识人类世地层的“技术化石”。尤其是塑料，由于其快速改进和广泛传播，有希望成为人类世地层划分的“标准化石”；至于小于5毫米的“微塑料”已经被当作沉积颗粒，通过粒度和成分分析，用于近海的人类世沉积学研究。

人类世何时开始

人类世提出以来虽然为时不久，但是围绕人类世的争论却从未间断，很大程度上来自地层学。导火线是关于人类世开始的年代，有一部分科学家力主将其正式纳入国际地层表，成为完整意义上的地层单元。然而地质学里的地层单元，必须有明确的上下界面；作为国际地层单元，更需要有全球层型剖面和地点（Global Stratotype Section and Point，简称GSSP），也就是所谓的“金钉子”。比如2.5亿年前古生代和中生代分界的金钉子，就在浙江长兴的煤山，一个新兴的旅游点。

这些年来，一些科学家正在寻找人类世下界的金钉子，也就是人类世开始的时间。克鲁岑在2000 年的文章里只是笼统讲了人类世始于工业化，也就是200年前。但究竟划在什么时候，意见发生了分歧，归纳起来无非有远、近两大类：近的放在几百年内，远的放在几千年前。主张近的意见是划在1800 年前后，也就是工业化开始、大量使用矿物燃料的时间，大气CO2 浓度从工业化前的270 ppm~275 ppm上升到1950年的310 ppm，但是CO2 浓度上升是个渐变过程，没有明确的界线。于是另一种主张是取20世纪50年代的核试验作为人类世的下界，因为当时大气受到核污染，放射性碳（14C）的含量剧增，很容易通过Δ14C值加以辨识；具体说，可以划在1945年7月16日，也就是第一颗原子弹爆炸的日子。但是有人主张不如干脆以核试验造成14C值顶峰的1964年为界，因为那才是影响全球碳同位素记录、到处都易于测定的界限（图1D）。也有人认为论影响之大，应当选在“地理大发现”之后，东西方文化开始交汇的1610年（图1C）。

图1 人类世年代下界的四种方案：A.人类世就是全新世，因此不必专门分出；B.按甲烷增多划在5 000年前，划分的必要性也不大；C.按地理大发现划在公元1610年；D.按核试验划在公元1964年。只有按照C或D方案人类世才有必要划出

但是将人类世列为正式地层单元的观点，遭到了另外一些科学家的反对，认为是多此一举。有两个原因：首先，地层表里已经有个“全新世”包括最近的一万年（图1A），人类活动对地球表层过程的影响，至少在全新世早中期就已经开始；再者，除了全新世，地层表里的“世”都很长，短的百万年、长的上亿年，现在将百年尺度的人类世定作地层单元，只能产生社会效应，缺乏科学上的可行性和必要性。可见人类世争论的根还是在于人类对地球表层产生影响究竟从何时开始。

许多科学家拿出证据来论证：人类对地球系统的影响，并非从工业化开始，早期的狩猎、农耕社会已经产生了不容低估的影响，而低估的原因之一是认为早期社会人少，影响也一定小。确实短短的一个20世纪，世界总人口从10亿出头飙升到60亿，但是人口爆炸的同时，土地利用的人均面积也在急剧下降；因此不能用今天的人均耕地面积，去衡量几千年前土地利用的环境效应，认为人少了作用一定不大。正因为这种原因使学术界长期以来低估了早期人类活动的影响，低估了几千年前人类破坏森林、排放温室气体的作用。根据考古资料，亚洲地区尤其是中国的稻田早在四五千年以前就已经开始（图2A），而水稻田是要排放甲烷的。有趣的是极地冰芯气泡里的古大气，其中的甲烷含量也在四五千年前开始急剧上升；如果按照以前历次间冰期的记录，这段时间里CH4应当下降才对（图2B）。

图2 亚洲地区开始种植稻米的时间与大气甲烷含量增加的时间相当。A.稻田种植开始的时间；B.极地冰芯气泡中甲烷浓度的变化，曲线表示万余年来的实际记录，黑线箭头表示以往间冰期的变化趋势

可见，人类几千年前的农耕活动已经在改变地球表层系统。不仅如此，在农耕开始之前，早期人类的狩猎就已经产生过严重后果。我们今天才谈论保护生物多样性，其实史前人类早就造成了生物灭绝事件，最明显的例子来自热带岛屿。太平洋岛屿上考古遗迹的骨骼表明，演化产生的许多鸟类在人类上岛以后即行灭绝，尤其是热带树林里不能飞的步行鸟类。澳大利亚的巨鸟——重量一二百公斤的走禽，在50 000年前灭绝，看来也是人类到达澳大利亚后带来的恶果。距今50 000年到12 500年前之间，在澳大利亚和美洲有65% 的大型哺乳类动物灭绝，这类大灭绝事件并没有气候恶化的背景，最大的可能就是人类迁移到达之后，进行狩猎和焚林的结果。等到人类社会发展到新石器时代，随着农作物和家畜的饲养，焚林和农业释放的CO2和CH4进入大气，在7 000年和5 000年前已经开始进入记录（图2B）。总之，回顾过去，展望将来，人类的作用在历史尺度上在逐渐增强，但绝不是从工业化开始。这些科学家认为：无视这种种长期变化的背景，单独将最近时期划作一个“地层”，尽管社会目标值得赞扬，科学根据却明显不足。

人类世与地层学

现在再回过来讨论人类世进地层表的问题。什么是地层学？地层学是为石头定年龄，不是为人类生活使用的。地质学家找矿需要对比地层，地层表的建立是为岩石确定地质年龄，以便进行地质填图和地质找矿，精确度在万年、甚至百万年的等级。所以有人问：难道说今天世界上的纪年，也要改用地质年表吗？再说作为正式的国际地层单元，都要求选地质露头建立有“金钉子”的标准剖面。人类世总共只有百把年，地层通常只是几厘米厚的沉积，大张旗鼓地建立专门的地层单元，到底会有什么实用价值呢？

其实，更新世两百多万年以来出现过50来次间冰期，有的长达好几万年，都没有建“世”，唯独最近一次间冰期被定为全新世，其原因就是考虑到由人类活动因素的特殊性，因此有些科学家认为全新世就是人类世（图1A）。如果不但有一万年的全新世和前第四纪几千万年长的“世”并列，还要在上面加上个百年尺度的人类世，必然动摇整个地层表的立足之本。将人类世正式列入国际地层表，确实可以在政治上进一步强调全球变化的严重性，也能够满足媒体炒作的需求，但这种做法，不应该以牺牲科学标准作为代价。

如果真的把人类世列入地质年代表，那下一个问题就是：这人类世会有多长？ 天下没有不散的宴席，也没有完不了的地质时期。那么人类世何时结束？ 最简单的答案是人类灭绝，没了人类当然人类世也就结束。一位95岁的澳大利亚科学家，前几年在临终前断言：因为人口爆炸和气候恶化，人类将会在100年里灭绝。虽然这样悲观的人并不多，人类在地球上造成的环境恶化，却不能一笑了之。我们常说“动物是人类的朋友”，可我们是怎么对待自己朋友的？人类活动已经改变了生物圈，豺狼虎豹已经罕见，地球上剩下主要的大动物不是人类就是家畜，70亿人和4亿条狗、6亿只猫，加上将要被吃掉的200亿只鸡和15亿头牛。如果不采取应对措施，任凭人类活动肆意破坏生存环境，人类和人类世的前景都不容乐观。

总之，人类世的价值在于冲破了地球科学里古和今的隔墙，而并不在于又多了根地层界线。地球系统科学的大发展，要求突破两堵墙：一堵是空间的墙，主要是各大圈层之间的隔阂；另一堵是时间的墙，尤其是学术界古、今研究长期分家的墙。突破古今隔墙，这就是人类世的意义所在。至于人类世从哪年开始，实在用不着过分操心，看来学术界的意见分歧不无道理，因为时间实在太短。有道是当代不修史，原因是当局者迷。学术界的精力不如放到应对全球变化的实际措施上去，而人类世进地层表之类的问题，完全可以暂且放下，至少等几百年以后再去处理。

本文系根据《地球系统与演变》（汪品先等，2018年，科学出版社）一书10.3.1节改写而成