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《生态学：管理大自然的经济学》 Ecology: The Economy of Managing Nature 复旦大学生命科学学院赵斌教授在中国大学MOOC网站上倾心打造的《生态学：管理大自然的经济学》。关注本公众号，可在第一时间获得课程的同步更新。 ☟扫码可进入中国大学慕课课程☟ 
地球上的人类活动对全球的影响是惊人的，几乎所有的人都同意这足以称为一个新的时代，如果能给一个新的名词和术语，将有助于重视人类与地球关系所发生的变化。人类世这个名字已经被念得朗朗上口了，但对这个地质年代是何时开始的，其争议丝毫没有减少，总是会老生常谈地引发新一轮争论。那么我们今天继续探讨这个话题，不是为了引起新一轮争论，而是为了告诉大家，这些争论的焦点在哪里？如果要追溯这个术语的来历，应该是1995年，诺贝尔奖得主、荷兰大气化学家保罗·克鲁岑（PaulCrutzen）创造的。但也有人认为这个词不是克鲁岑所创造的，而是他推广的。但无论如何，克鲁岑与这个词有很大的关联。克鲁岑最杰出的工作是研究臭氧层空洞，这是最体现人类社会对地球环境所造成影响的事件。因此，我们完全有理由相信，人类世的想法是基于人类活动影响的认识，特别是影响到以前曾被认为是“自然”的世界。如今，我们越来越真切地感受到，大气气候系统，与其他地球物理系统以及文化系统，同样有着千丝万缕的联系。这可能是我们人类自己制造的地质年代。一说到地质年代，许多人也许就会头大。大家都知道，地质年代是用来描述地球历史事件的时间单位。自从英国地质学家史密斯提出“化石层序律”后，就把地质时间与生物演化的各个阶段联系起来：在不同时代的地层中含有不同的化石，同样，如果我们得到了这些化石，也就可以推断出这些化石的地层年代。大家现在看到的这个，就是2016年4月国际地层委员会发布的国际年代地层表。这个表是一个标准，但是变动也是很频繁的，是希望能反映科学研究的最新进展。于是这个表变得越来越复杂。不过，到目前为止，我们今天探讨的主题“人类世”还没有加入这个列表，否则也就必要我们再进行一次讨论了。这是2018年7月更新的国际年代地层表，第四系和寒武系分别增加了新的金钉子和新的阶段，这样在地质时间上，第四纪的全新世被划分为3个时期，并增加了2枚金钉子。金钉子，我们过会儿再讨论。大家不知道注意没有，我刚才在说地层的时候，说的是第四系和寒武系，而在说地质年代的时候，说的第四纪和全新世。经常有人将地质年代和年代地层搞混，我们下面来简单说明一下。这是一张地质年代与年代地层单位对照表，大家看到，还分国际性和地方性的。地质年代单位，指的是地质历史时期中的时间划分单位，它不是物质实体；而年代地层单位则是指，以地层的形成时限~作为依据而划分的一种地层单位，或者说，是在某一特定的地质时间间隔中~所形成的地层。虽然大家现在看到的是地质学家们进行的中文翻译，但这些文字本身就体现了中国地质学家们的考究。比如地层单位中第一级就是宇，在汉语中，宇就是指上下四方的空间，而表示地质年代的时间单位，对应地就用了宙，宙就是指古往今来的时间。所以，汉语中的“宇宙”就是时间和空间的含义。这张表是地质年代的五级划分，级别从大到小依次是：宙代纪世期，在各个地质年代里所形成的地层单位，也对应地称为：宇界系统阶。就是这个十字口诀，其实也很好记的：宙代纪世期，宇界系统阶。所以，通俗地讲，地质年代单位代表的是时间，年代地层单位代表这段时间内形成的地层。比如，寒武纪形成的地层称为寒武系，第四系就是在第四纪形成的地层。具体确定二者之间的关系，我们还需要借助一些标准。比如我们下面要谈的标准化石和金钉子。地球历史就记录在岩石中，这一点大家应该很容易理解。在众多的古生物门类中，有些门类特征非常显著，演化迅速，在反映地质年代上就显得非常“灵敏”，所以这种化石，被科学家们称作“标准化石”，比如，三叶虫，它们只生存于古生代，而且演化明显，在古生代不同时代，都有各具特色的属种代表，成为最著名的标准化石；也就是说，如果我们在某个地方采集到了一个三叶虫化石，我们就可以肯定地说，这个地区的地层年代是古生代，而且还可以根据三叶虫的属种，进一步确定是生活在古生代的具体时间，可以区分为是寒武纪呢，还是奥陶纪？但另外的一种腕足动物舌形贝，也就是我们俗称的海豆芽，从寒武纪就已经出现，现代海洋中仍然十分常见，长达几亿年的时间跨度，形态、大小和内部结构都几乎没有什么显著变化。那么同样，如果我们在某个地方采集到到舌形贝化石，我们就开始懵圈了，因为它并不能帮助我们确定具体的地质年代。前面说的“金钉子”这个称呼，其实是来自人类的铁路修建史，代表一项巨大工程的完成。地质学家借用这个词，就想体现年代地层学中一项巨大工程的完成，也形象表达了这是“钉进”地球表面的一个有特殊含义的“点”，隐喻了它在年代地层学中重要的地位和里程碑式的科学意义。金钉子呢是一个俗称，因为这个词的科学术语非常冗长而且拗口，全称是“全球标准层型剖面和点位”（GlobalBoundaryStratotypeSectionandPoint,简称GSSP）。很麻烦吧，根本就很难记住，不过其简称GSSP倒是很常用。大家记住了，GSSP就是金钉子。如果我们把刚才那张表进行扩展，就可以看到这样一个列表，这就是我们头大的原因。我今天并不想介绍这个表，否则就很无趣了，而只是介绍一个能让你理解的轮廓。人们习惯以生物的情况来划分地质时间，这样就把整个地球46亿年划成两大单元：隐生宙和显生宙。那些看不到或者很难见到生物的时代，就被称做隐生宙，而将可看到生命以后的时代呢就称做是显生宙。这样的称呼应该很容易理解，对吧。隐生宙又细分为冥古宙、太古宙和元古宙。隐生宙的上限为地球起源的那个时间，其下限年代却不是一个绝对准确的数字，一般说来可推至6亿年前，也有推至5.7亿年前的。反正从那个时代以后到现在，就是显生宙。宙之下呢，就被划分为一些代，通常的分法大致有：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五个代。太古代一般指的是地球形成及化学进化这个时期，估算的年代有数亿年之差，因为我们目前所能掌握的最古老的生命或生命痕迹，还有许多不确定因素。元古代紧接在太古代之后，其下限为前寒武纪生命大爆发之前。自寒武纪后到2.3亿年前，这段时间为古生代。从2.3亿年前到6500万年前为中生代，从6500万年后到现在为新生代。代下又划分为纪。最古老的纪叫震旦纪，这个称呼是与中国有关的，这点从震旦纪的英文名Sinian就还可以看出。据说，这个名字是当年美国人葛利普1922年在中国考察的时候命名的，他按照古代印度人称呼中国为日出之地而取了这个名称。这个时期的生命主要是细菌和蓝藻，后期开始出现真核藻类和无脊椎动物。有趣的是，历史上还有一个震旦大学，当时是法国天主教耶稣会~在中国上海创办的，是一所著名的教会大学。那现在去哪儿了呢？后来，因为1952年中国院系调整，将震旦大学各院系分别归并上海市各有关高校。另外，复旦大学的前生是称为复旦公学，现在追认“复旦”二字出自一个名句“日月光华，旦复旦兮”，其实这似乎是不对的。“复旦”应该是不忘震旦之旧，更含复兴中华之意。关于更多的纪呢，我们就不一一评说了，大多与命名的地点，与重要人物，重要事件和特点有关。但对于第四纪，我们不得不说。这是否意味着还有第一、第二、第三纪呢？的确如此。最初，人们把地壳发展的历史分为三个纪，第一纪大致相当于前寒武纪，即太古宙和元古宙、第二纪，大致相当古生代和中生代，最后就是第三纪，相对应的地层分别称为第一系、第二系和第三系。1829年，法国学者德努瓦耶在研究巴黎盆地地层时，把第三系上部的松散沉积物划分出来，命名为第四系，其时代为第四纪。而后来随着地质科学的发展，第一纪和第二纪因为细分成若干个纪被废弃了，仅保留下第三纪和第四纪的名称，这两个时代合称为新生代。而现在第三纪又分为古近纪和新近纪，所以实际上只有第四纪这个名称了。如果这样发展下去，第四纪也有可能在未来被细分后放弃不用了。第四纪，接近于现代，自然研究得也就比较多。在第四纪，生物界已进化到现代面貌，灵长目中完成了从猿到人的进化。地球板块的运动不到100公里，与之前的地质年代相比几乎可以忽略。这个时期，气候变化不断发生，冰期与间冰期更替。而且还发生了第四纪冰川，这是地球史上一次大冰川期。这个时期，只有很少新的动物种类产生，甚至在更新世末期，北半球还有不少哺乳动物相继灭绝，比如剑齿虎、猛犸象、乳齿象、雕齿兽等等。发生大规模绝灭的原因，是人类的狩猎活动，还是自然环境的变迁，是现在争论不休的话题，因为第四纪也是人类出现并迅速发展时代，我们的故事呢就是从这里开始。当然，纪下面还有分级单位“世”，如新生代有两个纪，共分为七个世，依次为：古新世、始新世、渐新世、中新世、上新世、更新世、全新世等。呵呵，这么多新，就是想方设法地说这是新的呗。因为全新世与我们今天的话题极为相关，所以我们先来了解一下。全新世的时间短，始于1万2千年到1万年前。可以想象，其沉积物的厚度是非常小的，但是它的分布范围广呀。全新世的时候，人类已经进入了现代人阶段。特别新仙女木事件结束之后，人类就开始大踏步迈向新石器时代的新纪元。那么到了近现代呢，近现代人类活动对环境的影响，超出了以往任何时候，重要标志是人类活动造成的气候与环境变化。始于18世纪后期工业时代的蒸汽机发明，世界人口开始爆发式增长，城市迅速扩张。然后，采矿业，农业开始大发展，水和其他资源大量消耗。燃煤工厂泛滥，大量河流筑坝，这大大改变了地形。发动机的发明，导致大规模石油和天然气的使用。这所造成的众多影响，就是大气与海洋污染、气候变化、冰盖融化、海平面变化、土壤侵蚀和沉积模式的变化、导致物种灭绝和物种迁移。其中，受到最多关注的一个指标，那就是全球二氧化碳和甲烷浓度的迅速升高。这不得不让许多科学家来主张确定一个合适的时间边界，来确定人类的影响。比如，你看了这张图，觉得究竟应该如何来划分呢？克鲁岑主张将这个年代确定为18世纪后期的工业时代，这样的定位有什么不妥吗？那究竟什么时期比较合适呢？我们知道，定义一个地质年代是有一些标准的。曾经的地质年代，流星撞击、大陆运动和持续的火ft喷发，这些会大幅度改变地球在全球范围状态的事件，被记录在地层材料中。地质学家就是根据地层学的证据来确定地质年代的。从这个角度来考虑，也许最能代表人类活动对地球的影响，而且还被记录下来的，应该是原子弹爆炸试验了。的确有人是这么想的，并认为这是独特的人类世信号。20世纪后期，全球各国的原子弹试验，导致全球放射性同位素蔓延，地质学上的标记的确是非常清晰的。但是，大多古气候学家则明确表示反对，为什么呢？他们主张人类世的开端，应该从新石器时期开始计算，因为从那个时候，人类开始了对森林的砍伐，导致从八千年前，大气中的二氧化碳就开始增加了，而栽培和灌溉技术，则导致五千年前大气中甲烷浓度大幅度上升，这都对气候模式产生了深刻的影响（Ruddiman，2003）。而考古学家大体也认可这个说法，他们还明确表示，这个时代应该从几千年前就开始了，而不是将注意力放在相对突兀的全球变化上，这个划时代的人类影响长链已经远远伸展到史前时代，人类其实已经在很长一段时间就开始改变地球生态系统了。还有人说，人类世要追溯起来，可能远不止于此。比如发表在Nature Geoscience上的这篇通讯文章，它就认为，晚更新世人类的狩猎，导致了美洲巨型动物的灭绝，并带来甲烷排放量的显著减少。因此文章得出结论：人类世应该从13400年前就开始了，这与人类首次大规模迁移至美洲的时间是一致的。还有许多资料显示，在18世纪之前很长一段时间，人类就开始在地球上进行全球性的大规模改造活动。美国俄勒冈大学的考古学家乔恩·厄兰森（Jon
Erlandson）就指出，人们在约6万年前就开始改造大陆了，那时他们从祖居地非洲进行扩散，进行大型狩猎活动时，会焚烧植被，砍伐森林，这就开始为人类统治地球创造条件了。在许多地区，包括大部分岛屿和大洲，人类到达后不久许多大型哺乳动物就相继灭绝了。由于气候变化也是随着人类的到来而发生的，所以，狩猎与气候变化的共同作用杀死了巨型动物。人类世所导致的重大影响，会随着时间的推移而积累。农业是导致人类足迹在全球弥散的最重要原因。农业几乎同时出现在近东地区，亚洲和美洲，这是人类开始重塑地球了。农业的起源大约在11500年前，与全新世的起点一致，也是末次冰期的结束，正好形成一个非常正规的“金钉子”构架。距今约九千年前，小米、小麦、大麦作为粮食就开始在中国各地萌芽了。其实，这已经不是简单地在森林中垦出一些空地了，早期生产大米的农民已经开始改造景观、河流和渠道了。在过去数千年时间里，中国南方地区就在河流下游筑水坝，修运河，开垦广阔的稻田。即使一些曾经被认为是相对不受人类干扰的地区，如亚马逊流域，其实也受到了史前人类的彻底改变，至少从四千年前，就建立了大量的土方工程和堤坝、道路。但是，问题是，如果这个标记就是早期农业，那么其实就没有什么必要寻找其他的起始点了，也没有必要确定一个新的术语来标记这个新的地质年代了。因为目前这个时期，已经称为全新世。的确有人认为这是多此一举。但是，有许多科学家都认为，无论农业有何种影响，早期农耕活动导致的温室气体增加，与目前相比实在不值得一提，当时所引发的气候变化实在太小。有许多研究都表明，人类猎杀并非是引起巨型动物灭绝的主因，因为巨型动物很少对“地球系统的整体运转产生显著影响”。而地球变暖才是人类世的一个重要特征，这是现代人类的“战果”，将人类世的起点追溯到史前，那就矮化了目前这个划时代的影响。虽然人类世在地球历史上只是小小的一个薄层，但人类已经成为一个主要的地质力量。仅通过采矿活动，人类就比世界上所有的河流所移动的沉积物总和还要多。此外，智人还暖化了地球、提高了海平面、破坏了臭氧层、酸化了海洋。人类对地球的影响是否足够建立了一个新的地质时代？可能，人类世“是一个量级比地层学更复杂”的问题。所以，与其说克鲁岑（Crutzen）最初提出这个术语是为了定义一个科学名词，还不如说这其实是他想探讨这个划时代影响的一个战略，让公众认识到人类摧毁世界的程度。根据上面的争议，我们可以看到，由于科学家们的专业兴趣不同，出现这些争执并不奇怪。考古学凭借自身学科的优势，可在更为精确的时间尺度上提供一些基础证据。然而，在一定意义上，尝试把这个时间边界进行精确概定，可能并非明智之举。一般，地质时期的时间边界为几万、几十万、甚至几百万年的时间。因此，几千年的差异对地质年代来说并没有什么太大区别，而且试图将这个时间边界修正到某个精确的时间几乎是不可能的，尤其是当这些证据主要位于人类所居住的地质时代时，这更是一种奢望。我们可以想象一下，如果遥远未来的地质学家，要研究我们目前的这个时代，很可能从我们现在使用的人工制品开始。那么这些制品，是燧石手斧还是瓦片，或者是火箭榴弹更重要？如果对精确度要求不高的话，都是典型的人类世时代的标志。因此，从这个意义上说，拉斯科洞窟的古壁画可能是一个真正的人类世指标，但这与核电站深埋的放射性废物有什么两样呢？所以，有人认为，人类世的区分，首先其指标应该有明确的科学含义，而不是此类指标对人类文明发展过程中所起的作用。因此，仅仅将工业革命开始时大气CO2浓度快速上升作为这个时代开始的标志，又肯定会引发许多争议的。刚才我们说的都是时间上的变化，但大家别忘记了，从空间上来看，人类世如果只被定义在行星地球尺度，即人的活动影响着全球环境系统，也是不合适的。因为，人类活动的实际影响，已经远远超出了地球，进入了太阳系。如果人类世是一个地质时代，那么它应该是星际范围。数以百计的卫星绕着地球旋转，这与地球上的大坝、油井、手机、微处理器和人类工程一样，是人类世的人工制品。因此，人类世还应该包括轨道空间，其他行星和天体。而且，星际材料的交换也开始发生，比如各个国家的登月计划将月岩带回地球，火星上的地质条件也受到了人类的干扰，人类制造的挖掘机器人正在上面采集样本。说到尺度，有大尺度，就有小尺度。其实从另一方面讲，人类在更小尺度上，其操控能力也在逐步加强。例如，现代科学技术使人们可对纳米尺度的原子和分子结构进行操作。事实上，正是对微米和纳米尺度上的精确处理，也就是更小、更快的微处理器，使用纳米材料的纳米器件，生物工程中对DNA的操控等等，才加快了人类对更大行星尺度上的人类行为。可见，人类世还有许多需要探讨的特点，这都值得我们继续挖掘。我们现在看到，有关人类世的划分这个这个问题呀，最后显然并没有达成一致，所以在最新的国际年代地层表中也没有将人类世加入。要么，将人类世添加到全新世之上，作为一个新的世，这就要求是正式的时间单位，但争议实在太多；或者以前的时间尺度和单位都保持不变，人类世仅作为一个非正式的时间单位——这其实就是目前的现状。这个话题，看似未来还应该有续集，让我们拭目以待。好，同学们，今天的课就到这里，再见！
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