第一节 地球演化进入人类世：工业文明的辩证批判

“工欲善其事，必先利其器”，所谓“假舆马者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而绝江河”。这些哲言反映了古代人们对人类活动同工具之间关系的认识。社会生产发展的过程中，科学技术的发展必然要引起劳动工具与劳动者之间关系的变革，也必然伴随着劳动技术组织形式的变革和劳动者劳动职能的变化。所以，劳动方式的变革在资本主义条件下发生，也必然包含着以不改变生产资料私有制为前提的生产关系的改变。也就是说，“实现着生产关系的革命”。在社会主义条件下，劳动方式的变革则不仅仅包含着技术革命、生产力革命，而且也包含着以生产资料公有制为前提的生产关系的发展和完善。社会主义生产关系向共产主义生产关系的过渡是在这种不断发展完善的过程中实现的。当然，劳动工具的局部变革和生产工艺的部分改进是社会生产中不断发生的过程，这就是所谓的技术革新；社会劳动组织形式的局部调整也是在相对确定的劳动工具条件下不断进行的。技术革新和劳动组织形式的局部调整是社会生产活动时时刻刻跳动的脉搏。但是，只有在劳动工具发展中其功能出现根本性的、大尺度的跳跃性提高时，劳动方式的变革才能发生。

劳动活动的发展作为人类社会的历史发展的基础，是一定社会经济形态历史演进的首要条件，但是，人类社会历史的发展包括经济制度、政治制度、科学文化、伦理道德观念、生活方式等各方面发展的内容，它是一个综合性的文明进步过程，劳动方式的变革是这个文明进程中的核心。劳动工具发展对整个人类社会历史发展具有推动作用。工具作为社会人的生产器官，不仅生产着社会的物质生活，而且生产着整个社会生活的全过程，促进人类社会的历史变革。

人属（H omo）已经诞生200多万年。人类在大约80万年前进入旧石器时代，大约1.2万年前末次冰川消退后进入新石器时代。农业时代（包括种植与畜牧养殖）大约从1万年前开始，青铜器时代大约从公元前4000年开始，铁器时代大约从公元前1000年开始，工业革命从300年前英国工业革命开始，信息时代从30年前美国首创的互联网开始。新时代（即劳动方式）的变革按照指数方式变革着。随着劳动方式的变革，即文明的进步，人类福祉以指数式增长。在人类福祉提高的同时，人地矛盾也前所未有地深化。人类对地球环境所造成的影响包括：大气和水污染、气候变化、冰盖融化、海平面的变化、土壤侵蚀和沉积模式的变化、物种灭绝、物种迁移等。一些影响随着时间的推移而积累，大部分影响（环境足迹）在全球加速弥散。1995年，诺贝尔奖得主、荷兰大气化学家Paul Crutzen创造了一个新的地质学术语——人类世（T he Anthropocene），即目前地球生命系统已经演化到人类对自然的主导阶段——进入到了人类世。

一、人类世的创生

所谓人类世，并不是有人类以来的历史，而是人类主导地球的历史。有人类的地质历史是从第四纪开始，其第一个世 ——始新世（Eocene）距今已有200万年。第四纪就是以人属的出现确定的。人类世开始的标志应该是因人类活动已经大规模改变了以前被认为是“自然”的世界，特别是造成气候与环境的巨大变化。因此，Crutzen认为这个年代是开始于18世纪后期的工业时代，即蒸汽机的发明时代，此后世界人口开始爆发式增长和城市化。相应地，人类开采矿产，发展农业，对水和其他资源也大量消耗，造成大气和海洋污染、气候变化、冰盖融化、海平面的变化、土壤侵蚀和沉积模式的变化、物种灭绝、物种迁移等。其中，受到关注最多的是全球二氧化碳和甲烷的浓度迅速升高（Crutzen,2008）。关于人类世的开始时间有许多争论，但是按照劳动工具学说，本书认为人类世的开始时间应该是信息化时代的来临，人类世始于全球系统的无障碍通信和调控，标志是互联网的诞生。

从地球进化的角度看，人类世是我们人类自己制造的地质年代。是否进入一个新时代，不仅仅是看人类是否建造了城市、构建了公路网、改变了元素循环、制造出数以亿计的人工物质，而更是要看人类与自然的关系，看是否发生了新的工具革命。科学已经证明，地球作为一颗宜居星球，生命在建造大气圈、陆地的地形地貌甚至陆地面积等方面发挥了作用，人类加剧了这种改造作用，并且通过信息进行全球调控，主导了这种作用。

（一）人类对地球表面的影响

人类足迹在全球弥散始于农业时代。大约10000～8000年前，农业（包括种植和畜牧）几乎同时出现在中亚、西亚、东亚以及美洲，从此人类开始重塑地球表面。在中国，早期农业造成了巨大的影响。中国作为世界三大农业起源地之一，作物主要有稷（粟、小米）、水稻、黍（黄米）、麻、豆（菽），家畜主要有猪、鸡、狗等，对于中国乃至世界的农业发展都造成了巨大的影响。主要在中亚（两河流域的新月沃地）起源的作物有小麦、大麦、洋葱、胡萝卜等，家畜有牛、羊、马等；南美有玉米、马铃薯、南瓜、西红柿等。值得注意的是，所有的家畜，都是在欧亚大陆起源的。农业的生产方式使人类具有主动管理食物的能力，提高了人类的生存能力，为人类后续的发展提供了物质基础。农业的土地利用方式开始了对地球表面的改造。例如，早期生产水稻的农民已经开始改造景观和河渠了，在过去数千年时间里，中国南方地区开挖沟渠治理水患，在河流下游筑水坝，修运河，开垦广阔的稻田。

中国灌溉农业的发展，奠定了物质基础，才发展出灿烂的中华文明。最近发现，即使一些曾经被认为是相对不受人类干扰的地区，如亚马孙流域，其实也受到了史前人类的彻底改变，至少在4000年前，人类就建立了大量的土方工程和堤道。

然而，即使是农业时代，过度的开发也会造成大规模的土地和气候变化。恩格斯曾在《自然辩证法》里指出，“美索不达米亚、希腊、小亚细亚以及其他各地居民，为了得到耕地，把森林都砍完了，但是他们做梦也想不到，这些地方今天竟因此成为荒芜不毛之地，因为他们使这些地方失去了森林，也失去了积聚和储存水分的中心”（恩格斯，1971）。恩格斯说的美索不达米亚和小亚细亚，就是古巴比伦的情况。

资料：古巴比伦王国的覆灭与气候的关系

大约5000年前，在西亚地区建立起来的古巴比伦帝国，曾经是一个经济发达、社会繁荣的国家，与中国、印度和埃及一起被称为历史上的四大文明古国。随着人口增长，粮食的需求大量增加，为了扩大耕地，古巴比伦人在幼发拉底和底格里斯两河的上游地区大量砍伐森林，为了获取肉食过度放牧，这一切都使森林遭到严重的破坏。随着森林的逐渐破坏，两河流域水土严重流失，河道淤塞，洪水泛滥，渐渐地，巴比伦陷入了沙化和盐渍化的恶性循环之中，巴比伦文明的辉煌也开始逐渐黯淡，巴比伦国人口也由昌盛时期的4000万人锐减到后来的1万人左右。公元2世纪，其农业被全面破坏，巴比伦被彻底地埋葬于漫天黄沙之中，古巴比伦文明也随之消亡。这是人类社会早期由于人类还没有（也不可能有）生态与经济相关和协调的认识，盲目发展经济而不顾对生态环境的影响，乱砍滥伐森林所酿成的生态经济灾难。这些最终毁灭了一个文明古国。

（资料来源：新华网，2014年9月5日，http://news.xinhuanet.com/book/2014-09/05/c_126958315.htm）

资料：黄土高原

黄土高原是世界上黄土覆盖面积最大的高原，位于青海日月山，甘肃乌鞘岭以东，山西太行山以西，晋陕长城以南，甘陕秦岭及豫西北晴山以北。黄土高原在800万年前曾是一片湖泊，水草丰美、沟壑稀少、植被丰茂。经过千万年的风沙堆积，湖水干枯，黄土渐渐地累积成了高原。高原上主要山脉有太行山脉、吕梁山和六盘山等。黄土颗粒细，土质松软，含有丰富的矿物质养分，利于耕作，盆地和河谷农垦历史悠久，是中国古代文化的摇篮。然而，黄土透水性强，雨水很快渗透下去，黄土又具有强烈吸水性，使植物对降水的利用率大为降低。随着气候变化、人口增加，人类活动加剧，人类活动破坏森林植被，侵蚀严重。元代时，黄土高原植被还算茂密，成吉思汗将黄土高原作为“胜利的起点”（蒙古语“鄂尔多斯”），在这里休养生息，整肃军队。明清以来破坏严重，黄河流域农业开发的深度和广度超过了它以前的任何时代，自然环境的变迁也远较前代剧烈，对后世产生了深远的影响，黄河下游决、溢及湖泊湮塞，下游改道频繁、湖泊淤积，水土流失、气候变干，植被减少。

（资料来源：信忠保、许炯心、郑伟，2007；赵景波、朱显谟，1999）

人类文明进入工业化社会后，强大的工具加快了人类改造地表的进程。人类对于地表的影响和改造范围更大、目的性更强。这个时候，人类更加需要清醒，一点小的失误，造成的破坏就会比以往的时代大许多倍。在这一点上，正反两个方面的例子都很多。

资料：荷兰填海造地

荷兰是世界有名的“低地之国”，全国四分之一的土地海拔不到1米，四分之一的土地低于海面。同时，由于人口稠密，土地资源十分紧缺。从公元13世纪起，荷兰人就开始填海造地，以扩展生存空间，至今已有约800年历史。如今，荷兰已经围垦7100多平方千米的土地，相当于荷兰陆地面积的五分之一，并且大多低于海平面。在西部地区，若北海风暴潮汹涌而至，对相邻陆域威胁极大。因此，与水患斗争早已成为荷兰历史发展的永恒主题，包括防范海洋风暴和雨水洪灾，以及对潮汐、河流、运河的有效利用等。总之，为了创造安全的生存空间并阻隔海洋侵袭，荷兰人建设堤坝，填海造地，挖掘泥煤，疏浚水系，并且达到了自然与人工之间的平衡。进入21世纪以来，由于对海洋经济认识的不断成熟，荷兰逐年减少围海造地的面积，在保障抵御海潮和防洪安全的前提下，研究退滩还水方案，实施与自然和谐的海洋工程计划，不再将海域直接围死形成新的陆地，而是尽量保留海域。

（资料来源：果壳网，孙晖等，2013）

人类进入信息社会后，对土地的概念已经不局限在局地范围，而是全球性的。例如，巴西热带雨林的消失，几十年前主要是因为欧美国家购买木材，近十几年来则主要是中国和印度等的畜牧业对大豆的需求造成的。目前这种当地土地受远方其他地区的生产活动影响的模式被称为“遥相关”。

（二）气候及其影响

气候指某一地区生态系统最重要的综合环境因素。某一地区的气候指在太阳辐射、下垫面（地面及植被、水体等）性质、大气环流和人类活动长时期相互作用下所产生的天气综合，既包括多年来经常发生的天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气情况。大气候指大气环流、地理纬度、海陆位置、大面积地形引起的气候现象，台风影响和北方寒流属此类。大气候的地理范围超过2000千米，其主要成因是净辐射的地理差异、大气和海洋的热量传输，以及地面高低气压带的分布状况。

1．气候与植被

一个地区的气候决定其植被类型（见图1-1），但是植被对气候也有反作用。例如，森林是以乔木为主体的植物群落，是陆地生态系统的主干结构。森林群落与其内的非生物成分在能量流动和物质循环的基础上形成的具有一定结构及自我调控能力的综合体就是森林生态系统。这也是陆地生态系统中面积最大、最重要的自然生态系统。据估测，在人类大规模砍伐之前，世界森林面积约为6亿公顷，占陆地面积的45.8%。至1985年，森林面积已下降到4.1亿公顷，占陆地面积的31.7%。至今，森林生态系统仍为地球上分布最广泛的系统，在地球自然生态系统中占首要地位，在调节气候等方面起着重要作用。

农业活动通过改变植被进而改变区域气候。这在前面古巴比伦王国的覆灭和黄土高原这些案例中已经有所展现。事实上，在工业时代早期，在没有气候调控技术时，人类依然可以依靠对自然因素的改造，来调控小尺度的气候。

资料：凤凰城干旱气候与地区规划

菲尼克斯，又称凤凰城，是美国亚利桑那州的州府城市。凤凰城位于太阳河谷，是由索尔特河与贝尔德河汇合之后，在进入希拉河之前，所形成的一个宽广、干旱、肥沃、倾斜的平原。凤凰城在纳瓦霍语中被称为Hoozdo，意为炎热之地，它年平均温度居全美主要城市之首，平均每年有89天的温度超过100华氏度（38℃），从6月到9月几乎全部时间都在此列。在如此干旱、炎热的条件下，如何储存、利用水资源，缓和区域气候，对地区的发展极为重要。在空调问世之前，居住区常建造林荫树和草坪、灌木，并建设游泳池以降低生活空间周边的热量（Walker et al., 2009）。在1911年，灌溉区域又得到了扩展，之后，一系列的大坝建设形成了一个沿着索尔特河的从山上流下的湖，繁荣了凤凰城的城市发展。

（资料来源：徐玉倩，2012）

资料：技术与人口分布格局

工业化的革命改变了美国的人口结构，自20世纪60年代后，人口不断向南方转移。仅20世纪60年代北部白人净迁出并涌入西部和南部的就有100多万，同时伴有南部黑人农业人口北迁西移现象。70年代，北方南迁白人476万，黑人21万。1970年至1980年，首先是纽约州人口因人口迁出而减少了154万人，其次是俄亥俄州和伊利诺伊州，十年中人口分别减少了54万和40万。西南的加利福尼亚州的人口增长尤为迅速，50年代该州总人口就增加了50%，到1964年，该州总人口已超过纽约州，成为美国第一大州。

（资料来源：许国林，1998）

中国是自农业文明中存留下来的唯一文明，但在长时间的历史进程中对森林的破坏也是巨大的。“六王毕，四海一，蜀山兀，阿房出。覆压三百余里，隔离天日。”杜牧的这首《阿房宫赋》描述的就是秦灭六国之后的宏伟建筑，这些建筑改变了秦岭原本的森林覆盖，并且消耗了大量木材。日本侵略时掠夺资源，东北森林毁伐严重。1958年全国大炼钢铁，土法上马，全国的森林几乎砍光。因此，在研究中国的森林恢复时，生态学和林学大部分都是从1960年开始计算。到1978年改革开放前，中国的森林覆盖率只有12.9%。20世纪90年代以来，中国已经成为世界上人工造林最多的国家。

资料：中国的“三北”防护林工程、“国家天然林保护工程”和“退耕还林工程”

“三北”防护林工程是指在中国三北地区（西北、华北和东北）建设的大型人工林业生态工程。中国政府为改善生态环境，于1979年决定把这项工程列为国家经济建设的重要项目。“三北”防护林体系东起黑龙江宾县，西至新疆的乌孜别里山口，北抵北部边境，南沿海河、永定河、汾河、渭河、洮河下游、喀喇昆仑山，包括新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河北、辽宁、吉林、黑龙江、北京、天津等13个省、自治区、直辖市的559个县（旗、区、市），总面积407万平方公里，占我国陆地面积的42%。项目从1979年到2050年，分三个阶段、七期工程进行，规划造林5亿亩。预期到2050年，三北地区的森林覆盖率将由1977年的5%提高到16%。

中国政府于1999年启动了另一项加大对自然生态系统服务功能恢复的资金政策——“退耕还林工程”。“退耕还林工程”旨在将陡坡耕地转变成林地、草地，并给予农民粮食和现金补偿。退耕还林工程的启动比“天保工程”晚一年，但在地理区域分布上却更为广泛。20世纪90年代谷物的过量供应以及中国经济实力的增强为推行退耕还林工程提供了坚实的基础。退耕还林工程的目标是在2010年之前将植被覆盖面积增加3200万公顷。在实施退耕还林工程的地区，有1470万公顷的陡坡耕地转变为森林和草地。中国西北地区坡度≥15°以及其他地区坡度≥25°的地带是实施退耕还林工程的主要地区。3200万公顷新增绿化面积的另一部分依靠荒山造林实现。在实现缓解环境破坏这一首要目标的基础上，退耕还林工程也旨在减轻地区贫困压力和带动当地经济发展。自2002年起，退耕还林的土地总面积就已超过实施“天保工程”的土地总面积。林业部的数据显示，实施退耕还林工程地区的森林覆盖率在8年中增长了2%。

（资料来源：Liu et al., 2008）

2．气候与文明

气候系统与其他地球物理系统乃至人类文明有着密切的联系。以中国为例，在唐朝中后期（公元8世纪）前的3000年左右时间里，一直处于温暖期。这段时间中国的都城只变动于河南安阳到陕西咸阳之间的狭长地带。中国古代的繁荣盛世、中华文明的起源与发育，得益于这段时间温暖湿润的环境。自公元796年开始，气候变冷，唐朝衰落直至灭亡。此后，中国的首都不断南迁：北宋在开封，南宋建都杭州150多年，南京也曾经是六朝古都。元明清以后，人类技术的发展加上北方军事需要，又迁回北方，定都北京。

资料：希腊文明迈锡尼文明的衰亡与生态环境的关联

关于希腊文明迈锡尼文明的衰亡原因，引起过许多争论。最为流行的解释之一是，神秘的“海上民族”的一系列入侵和攻击。2010年一项在叙利亚针对河流沉积物的研究表明，公元前1200年至公元前850年发生过一次历时很长的旱灾——恰逢所谓的希腊黑暗时代。2013年，科学家分析数个气象记录，得出结论称这一时期地中海变冷，很大的一片地区蒸发量和降雨量都减少了。不仅如此，地中海周围的数个其他文化，包括赫梯王国和新王国时期的埃及，也与迈锡尼文明在差不多同一时期崩溃了——这一现象被称为青铜器时代晚期崩溃。所有这些文明都没能处理好变化的气候吗？还是说海上民族的入侵才是真正的问题？前因后果也许比较复杂：被饥饿削弱的文明可能容易遭受外敌的侵害，而那些入侵者自己可能也是受变化的气候所迫而迁徙；也可能一个文明的崩溃会对它的贸易伙伴造成连锁效应。这些令人震惊的巧合背后，可能隐藏着更大尺度上的气候变化。公元900年左右，正当南美洲的玛雅文明每况愈下之时，中国的唐王朝也在失去对局面的控制，在节度使篡夺了中央的权威之后，唐朝由盛转衰。由于这两个文明并非贸易伙伴，显然不存在连锁效应。一项对中国湖底沉积物的研究表明，这一地区也经历过一次历时长久的干旱，时间与中美洲一致。这意味着气候变迁可能是罪魁祸首，令太平洋两侧的文明不约而同地分崩离析。

（资料来源：果壳网，http://www.guokr.com/article/437679/）

气候决定论及其辩证分析气候决定论认为人类的身心特征、民族特性、社会组织、文化发展等人文现象是受自然环境，特别是气候条件支配的。18世纪法国启蒙思想家孟德斯鸠在《论法的精神》中接受了古希腊学者关于人与气候关系的思想，以气候是世界上最高威力的观点为指导，提出应根据气候修改法律，以便使法律适合气候所造成的人们的性格。19世纪中叶，英国历史学家H.T．巴克尔认为气候是影响国家或民族文化发展的重要外部因素，并认定印度的贫穷落后是气候的自然法则所决定的。进入20世纪后，人们逐渐认识到，在人与环境的关系中，人是主动的，是环境变化的作用者。于是，陆续出现了各种不同的人地关系论学说，对环境（气候）决定论提出了异议或否定。然而，直至第二次世界大战后，气候决定论并未消失。澳大利亚地理学家泰勒批评老式的决定论，认为孟德斯鸠和巴克尔等人把气候对人类的影响说得过分了，但他提出一种决定行止论（又称有限决定论），认为人类可以改变一个地区的发展进程，但如果不顾自然的限制，就一定会遭受灾难。辩证地看，尽管气候决定论存在各种局限性，但是其对于推动气候学发展、分析若干历史事件以及在文明类型划分上，仍有一定贡献。

二、关于全球气候变化的科学研究与政治博弈

（一）气候政治与生态帝国主义

全球气候变化，最初仅仅限于科学研究。然而，随着1992年《生物多样性公约》达成，发达国家意图通过生物多样性保护的工具限制发展中国家的图谋破产，西方国家在生物多样性方面控制新兴经济国家的博弈失败。于是，气候变化的论题突然“发烧”。

气候变化是人类共同面对的挑战，气候已成为“世界最大的公共产品”，无论是发达国家还是发展中国家，在此问题上，本应属于利益共同体，但事实上，2009年年底在哥本哈根召开的联合国气候大会能否达成世界共识，缔结世界契约，实现世界行动，仍存在种种障碍。气候问题本应是超越主权的话题，与之相关的必须是全球意义上的绿色经济、绿色意识、绿色政治。但它必须由一个个主权国家做出妥协甚至牺牲，因为不同的国家，有着不同的个体利益，有着不同的诉求。这当然是一个博弈的过程，但更是一个呈现政治大国气度与远见的最佳窗口。随着时间的推进，相关国家之间围绕气候变化的讨论、博弈更加具体和激烈。有建设意义的是，绿色经济的探索已经开始。

资料：穷国和富国的博弈

1997年在日本京都通过的联合国协议——《京都议定书》，将地球变暖问题提升到了一个空前的高度，这之后各国的外交领域都增加了一个新的“亮点”。参与了当年在京都的气候谈判过程的外交部条约法规司官员回忆，当年的大会议程本无计划讨论发展中国家的减排指标，但发达国家不顾事先达成的共识（仅给发达国家设定减排指标），执意在大会上讨论发展中国家减排问题。对于这一突然变动，不少发展中国家十分气愤。在谈判期间举行的发展中国家内部协调会上，巴西的一位代表在谈到发达国家的“野蛮行径”时越说越气，大声叫嚷：“减排的事过150年再说吧！”

发达国家并不肯轻易让步，因为减排方案触及他们的经济利益，直接关系着领导人和执政党的政治资本。在多次气候谈判期间，美国参众两院的议员甚至从大洋彼岸的美国本土赶到会场，向会议施压。

由于谈判迟迟不能达成一致意见，东道国日本感觉很没有面子，跑来向中国代表团施压，说如果谈判失败，你们中国要承担责任。一向温文尔雅的副团长刘振民，听到这话猛地站起身来，指着日本代表说：“凭什么让我们承担责任，刀架在脖子上也不可能！”

《京都议定书》最终规定，发达国家相比发展中国家要承担更多的减排义务，例如中国作为发展中国家在《京都议定书》规定的第一阶段并不承担减排义务；而美国、欧盟则需要承担主要的减排量。

（资料来源：《时代周报》,2009年10月9日）

尽管这些争端有政治因素，但是如能促进节能减排技术的发展，也不是无意义争吵。中国的科学家需要深入而广泛地研究，明确科学原理并掌握话语权。

在温室气体排放问题上，不仅发展中国家和发达国家之间有严重分歧，发达国家之间也存在不同的意见。首先，欧盟是“气候外交”的首倡者，环境政策目前已成为欧盟彰显“统一外交”的重要手段，欧盟希望以“气候牌”来彰显自身的“特色外交”，并在未来的世界政治外交事务中取得领导地位。其次，欧盟的企业在开发低碳能源和提高能效方面具有优势，若世界经济向低碳经济转型，全球价值数百万亿美元的工业设备及基础设施都要进行更新，可以为欧盟企业提供巨大的商业机会。另外，在欧盟与美国的种种较量中，环保和气候问题与其他政治问题相比，敏感性较低，较容易获得民众的支持。因此，欧盟一直是气候变化领域承担减排责任的标兵。

欧盟减排的另一个原因是其自身石油资源缺乏，如能通过清洁可再生能源摆脱能源困境，也是其发展的策略之一。我们2014年在德国考察时已看到生产生物能源导致湿地消失（被玉米田占用），据民众反映，沙尘暴也伴随而来，之后不久德国承认政策失败。美国生产生物能源的耗能和获能研究，发现种玉米产乙醇的净能量收入只有0.3，种大豆产生物柴油只有0.7（Tilman et al., 2009），这说明大力发展生物能源不是可行之举。

要实现对世界的环境承诺，美国要比欧洲付出更高的经济成本。这无疑会削弱美国的经济竞争力。因此，美国一直是气候变化谈判中一个重要的阻力。美国曾于1998年签署了《京都议定书》，但2001年3月，美国因经济发展原因拒绝批准《京都议定书》。

2007年6月，在八国集团首脑会议上，主席国德国在决议草案中提出了减少温室气体排放等建议，遭到了美国的“根本性反对”。峰会前夕，美国总统布什出人意料地抛出美国应对全球气候变化的“长期战略”。不过，在布什的新计划中，关于新的排放标准，只字未提。布什政府当时抛出这一计划主要有三个目的：其一，表明在全球变暖问题上美国是“带头人”，华盛顿不容许欧洲人主导这一议题；其二，避免美国在八国集团峰会上再次成为众矢之的，选择先发制人；其三，布什将于2009年年初离任，提出新的计划可以把解决气候变化问题拖到2008年年底，然后再把“皮球”踢给继任者。

气候政治与气候博弈的科学基础是温室气体与温室效应的关联，因而这方面的研究结果备受瞩目。为了协调全世界科学家的研究标准和研究方法，国际上专门成立了政府间合作组织——联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC），总部在英国。这个政治与科学的杂交儿，显然违背了科学自由探索、不屈服于政治的基本原则。

资料：IPCC权威性遭到质疑

2010年，国际媒体对气候变化的科学依据提出了质疑，特别是联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC，总部在英国）与英国东安格利亚大学气候研究中心所提供的数据的可信度。IPCC第四次评估报告赶在哥本哈根峰会前发布，预言喜马拉雅冰川将在2035年融化消失，造成了大会的紧张气氛，特别是成为某些国家施压的工具。然而，会议开完仅10天，IPCC总部就发表更正，是预言的时间发表错了，应该是2350年！此外，评估报告中提到荷兰国土面积有55%位于海平面以下，但这一比例应该是26%。这全是“临时工”的错——打字员把数字搞错了。不仅如此，2009年年底东安格利亚大学泄露的气候科学家的内部电子邮件显示，为了支持气候变化和全球变暖的论调，一些气候科学家存在操纵气候数据的意图。黑客进入了一些专家的邮件系统，查阅了上万份的专家通信记录等，发现他们有意放大或忽略一些数据，有时宁可选择一所四流大学的不可靠数据（支持变暖），也不采用一流大学（如哈佛大学）的数据（全球未变暖）。为此，IPCC秘书长（印度人）被迫辞职。

成千上万的专家围绕气候变化做了非常细致而深入的工作，为应对气候变化提供了可靠的科学基础，公众对气候变化的意识也达到出人意料的高度，但这次前所未有并且突如其来的错误使这些科学家蒙羞。调查显示公众对于气候科学的信任，尤其是对全球变暖主要由于人为引起的这一事实背后的科学依据的信任正逐渐下降。

（资料来源：《人民日报》（海外版）,2010年3月20日）

资料：气候变化的不确定性

2012年，据美国世界新闻网报道，一些国际权威气候专家指出，全球气候变暖已经停止，并开始冷化，近来北半球的酷寒只是全球天气变冷的开端，这样的冷天可能会持续20年至30年。英国《每日邮报》因此宣称当年的寒冬显示“小冰河期来临”。报道说，这些科学家的预测是根据他们对太平洋和大西洋海水温度的自然周期分析而来，推翻了一些已被广为接受的气候变暖理论。这些气候变暖理论宣称，到了2013年夏天，北极圈将完全无冰。《每日邮报》说，根据科罗拉多州美国国家冰雪资料中心的信息，自2007年以来，北极夏天的海冰增加了近106万平方公里，也就是26%，即便是大力倡议防止全球变暖的人士也未反驳这一点。

科学家的这项预测也推翻了气候变迁电脑运算模式，这些模式认定自1900年以来的地球变暖完全是人为的温室气体排放造成的，而且只要二氧化碳的浓度增高，就会继续变暖。科学家说，他们的研究显示，大部分的气候变暖是因为过去海洋周期处于“温暖期”，而目前正处于“寒冷期”。

（资料来源：《中国日报》,2012年2月3日）

在众说纷纭的世界里，中国要有自己的科学家来研究、评判这些问题。科学是无国界的，而科学家是有国籍的。中国只有先站在世界的前沿，才可能发挥自己的作用，用中国几千年可持续发展的有益的民族文化影响世界，世界各国才能共同进入可持续发展阶段。

在生态政治上，给地球设定开发“极限”、污染“边界”等做法，更加符合既得利益者——发达国家。由于发达国家拥有话语权，因此更加容易被选择。著名的文章例如《我们共同的未来》《只有一个地球》，以及相关书目《寂静的春天》，都是号召人们共同努力维护地球环境。这是正确的。但是既得利益者利用所有成员为本利益集团的利益服务，既不愿意承担成本，又尽力阻止后来者发展，这是典型的“公共汽车”效应。

资料：公地悲剧

1968年，哈定（Garrett Hardin）在《科学》上发表了著名的论文《公共品的悲剧》。《公共品的悲剧》也译作《公地悲剧》，经济学中常用的是这样一则寓言：一群牧民一同在一块公共草场放牧。这块草地不归任何一个家庭所有，而是镇上的居民集体所有，允许所有居民在上面放羊。起初，土地相对镇上的人口和所养的羊是充足的。然而，随着时光流逝，镇上的人口不断增加，公共草场上的羊也增加了。由于羊的数量不断增加，而草场数量固定，进而草场开始失去自我养护的能力。一个牧民想多养一只羊增加个人收益，即使他明知草场上羊的数量已经太多了，再增加羊的数目，将使草场的质量下降。牧民将如何取舍？如果每人都从自身私利出发，肯定会选择多养羊获取收益，因为草场退化的代价由大家负担。每一位牧民都如此思考时，“公地悲剧”就上演了——草场持续退化，直至无法养羊，最终导致所有牧民破产。

2009年，奥斯特罗姆（Elinor Ostrom）因为对公地悲剧的经济管理研究而获诺贝尔经济学奖。她也因此成为历史上第一个获得诺贝尔经济学奖的女性。奥斯特罗姆在其著名的公共政策著作《公共事务的治理之道》中，针对“公地悲剧”“囚徒困境”和“集体行动逻辑”等理论模型进行分析和探讨，同时从小规模公共资源问题入手，开发了自主组织和治理公共事务的创新制度理论，为面临“公地选择悲剧”的人们开辟了新的途径，为避免公共事务退化、保护公共事务、可持续利用公共事务从而增进人类的集体福利提供了自主治理的制度基础。奥斯特罗姆的思想是在1990年的《公共事务的治理之道》中系统地表述的。基本思路包括三个方面。首先，她指出传统的分析公共事务的理论模型主要有三个，即哈定的公地悲剧（1968）、囚徒困境（Rapoport & Chammah,1965）以及奥尔森（1965）的集体行动逻辑，但是他们提出的解决方案不是市场的就是政府的，而且得出的结论往往是悲观的；其次，她指出当前解决公共事务问题的或者以政府途径（利维坦）为唯一或者以市场途径为唯一的途径是有问题的，她怀疑仅仅在这样两种途径中寻找解决方法的思路的合理性；最后，她从理论与案例的结合上提出了通过自治组织管理公共物品的新途径，但同时她也不认为这是唯一的途径，因为不同的事物都可以有一种以上的管理机制，关键是取决于管理的效果、效益和公平。

（资料来源：百度百科词条“公地悲剧”）

尽管已经有了诺贝尔奖级的成果，但是目前公共事务管理仍然是资源与环境领域最难的点之一。从庇古到科斯，再到奥斯特罗姆，事情远远没有得到解决。利益集团的利益是由组成集团的每个成员的需求和动机决定的，因此，每个利益集团成员只有联手努力才能获得共同利益。然而，就目前来看，很多发达国家仰仗大国优势，在集体行为中搭便车。例如，美国政府决定向生产技术水平低于美国的国家生产的产品征收碳税，欧盟则向所有飞越欧盟的飞机征收温室气体税。

一些民间团体也尝试通过各种活动致力于改善对环境的不利影响，如“地球一小时”活动。

“地球一小时”（Earth Hour）是世界自然基金会（World Wide Fund For Nature, WWF）应对全球气候变化所提出的一项倡议，希望家庭及商界用户关上不必要的电灯及耗电产品一小时。他们希望以此来表明对应对气候变化行动的支持。“地球一小时”是在3月的最后一个星期六20:30～21:30期间熄灯。该活动首次于2007年3月31日在澳大利亚的悉尼展开，一下子吸引了超过220万个悉尼家庭和企业参加，随后以惊人的速度迅速席卷全球。在2008年，世界自然基金会（WWF）中国对外联络处透露，全球已经有超过80个国家、大约1000座城市加入活动。2009年，“地球一小时”来到中国，包括北京、上海、南京在内有近十个城市参与了活动。2011年，成都、贵阳、大连、石家庄等城市已确认参加熄灯活动。然而，近年来，参与此项活动的人数正在逐渐减少，网络调查结果显示人们对这项活动“知晓度百分百，参与度未过半”。事实上，熄灯一小时对于节约能源、减少发电造成的温室气体和其他污染性气体排放只是杯水车薪。“地球一小时”能减少的用电量主要来自照明用电，而照明用电量约占全国用电总量的12%。因此，在活动中减少的电能消耗量是微乎其微的。大范围的停电和重启会对电网系统造成不必要的负担，增加电网故障和安全方面隐患。这种活动的实际目的更多的是造成“新闻效应”，唤起公众对于环境和能源问题的关注。《今日美国》批评称，“地球一小时”活动仅仅是一项“让人自我感觉良好的无效活动”，并没有真正减少二氧化碳排放，它只是起到了“分散注意力”的作用。

此外，一些发达国家的研究人员近年还从饮食结构下手，意图提供一份“科学”的食谱指南——“既有利于大众健康，又能够减排温室气体”。

资料：地中海式饮食结构

“地中海式饮食”是指“有利于健康的，简单、清淡以及富含营养的饮食”。这种特殊的饮食结构强调多吃蔬菜、水果、鱼、海鲜、豆类、坚果类食物，之后才是谷类，并且烹饪时要用植物油（含不饱和脂肪酸）来代替动物油（含饱和脂肪酸），尤其提倡用橄榄油。研究表明，地中海式饮食结构可有效预防很多慢性疾病，如三高疾病、高血压高血脂、糖尿病、阿尔茨海默症、心脑血管疾病等。澳大利亚和西班牙的研究发现，传统地中海式饮食可以减少患心脏病的概率并有益于心血管。哈佛大学医学院布莱根妇女医院开展了一项以人群为基础的研究项目，统计并分析被测试者饮食与细胞端粒长度的关系，并得出了坚持地中海式饮食可以让人长寿的结论。然而，端粒长度的量作为判断指标，以及它是否真的可以正确地预测健康程度，还存在着一定争论。此外，地中海式饮食结构中肉和奶制品在其中分量所占很少，由于肉、奶制品生产过程中的污染物排放，地中海式饮食结构对环境影响有益（Tilman et al., 2014）。但是，要通过减少饮食中红肉和奶类等动物蛋白的消费量来减少环境影响，这种方法是不可行的，甚至是不人道的，尤其是在动物蛋白摄入量尚低于世界平均水平的发展中国家。此外，倡导者多是发达国家的营养师和研究人员，他们自己的饮食方式也还不是地中海式的。总而言之，虽然有研究证明地中海式饮食对健康有益，但其实并不存在“超级食物”，甚至食物间并不存在着好坏之分。

（资料来源：百度百科词条“地中海饮食”; Tilman et al., 2014）

既然备受推崇的“地中海式饮食”并不靠谱，那么其他国家所谓的健康饮食是否真的健康呢？美国《内科学杂志》曾发表过关于“北欧健康食品”（全麦面包、燕麦片、苹果或梨、根菜类、卷心菜和鱼）对心血管病（缺血性心脏病、中风、心律不齐、血栓症和高血压病）的影响的文章。该篇文章指出，在瑞典妇女中，北欧健康食品指数与心血管病风险之间没有相关性，说明不吃红肉，只吃白肉和蔬菜、水果并不能降低心血管病发生的风险。很多人把鱼看作健康食品，可以经常食用，以取代其他肉类或禽类。然而，《关节炎与类风湿病学》上有研究指出，来自禽类、鱼和海鲜的总蛋白摄入与痛风发作高风险有关。此外，《加拿大心脏学杂志》报道了因纽特膳食——由大量海豹及鲸脂（一些人热衷的“深海鱼油”）组成——与人类健康的关系，彻底否定了20世纪70年代提出的“因纽特膳食与低冠心病发生率”的观点：事实上，因纽特人的脑血管中风死亡率比非因纽特人翻了一番，其寿命也比非因纽特人的丹麦人短了大约10年。这充分说明鱼肉既不能降低冠心病风险，也不能延长人的寿命。总之，健康饮食并没有严格意义上的食谱，一种饮食结构中各个不同的组分共同作用，才形成了该饮食习惯的健康优势。总之，不存在固定的健康饮食的食谱，“多吃素、少吃肉有益健康”的说法也只不过是朴素思维。

发达国家以各种方式在各种场合堂而皇之地讲温室气体减排。然而当涉及自身利益的时候，就采取拒绝的态度和行动。发达国家常常鼓吹中国等新兴经济体发展快而减排努力不够，但往往自己却对减排明确说不。

资料：对温室气体减排的抵制活动

航空碳税失败 欧盟2005年1月1日正式启动碳排放交易机制，按照“限制和交易”的设计，通过每年给企业发放有限的碳排放配额，迫使它们节能减排。刚开始，欧盟的“碳管制”机制仅针对能源、钢铁等工业部门，于2006年年底，欧盟委员会出台立法建议，提出把航空业也纳入“碳管制”机制。欧盟委员会声称，航空业虽不是温室气体排放“大户”，基于民航业的快速发展，其排放量增速惊人，因此有必要加以约束。欧盟立法宣布于2012年1月1日开始对所有入境的航空公司征收航空碳排放税。航空碳税的征收将使全球航空公司负担加剧，增加航空业的成本，最终转嫁给消费者（例如，从东京飞往伦敦的单程碳排放量超过200t CO2，这笔碳排放是从起飞开始计算的，而不是进入欧盟领空才计算。费用一旦被转嫁到乘客身上，经济舱票价会上涨平均约40美元/人），多国对欧盟强征航空碳税的单边方式表示强烈反对。多国政治压力之下，2013年2月底欧盟已经宣布航空碳税将从当年起暂停征收一年，经过后来的多方博弈，实际上已经是无限期推迟。

（资料来源：新浪航空，http://sky.news.sina.com.cn/zt/carbontax/）

美国、加拿大退出《京都议定书》 1997年12月，公约缔约方又在日本京都就发达国家减少温室气体排放达成协议（即《京都议定书》）。这一具有法律效力的文件规定，39个工业化国家在2008年至2012年之间，将温室气体排放量在1990年基础上减少5.2%，其中欧盟国家减排指标为8%，美国为7%，日本减少6%。根据联合国的计划，《京都议定书》最迟应在2002年开始实施。但令人遗憾的是，时至今日，没有一个发达国家正式批准这一议定书，其主要原因就在于各方对于实施议定书的具体规则和条件争论不休。特别是美国作为当今世界上温室气体最大排放源，屡屡设置障碍，使议定书迟迟不能生效和执行。美国曾于1998年签署了《京都议定书》。但2001年3月，布什政府以“减少温室气体排放将会影响美国经济发展（美国实现议定书目标的减排成本太大，会给美国造成4000亿美元的经济损失，减少490万个就业岗位）”和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务（尤其是中国、印度和巴西没有以某种有效方式参与减排，美国认为不公平）”为借口，宣布拒绝批准《京都议定书》。

（资料来源：《扬子晚报》,2001年3月30日）

2011年12月，加拿大宣布退出《京都议定书》，加拿大的决定使其成为在南非德班召开的联合国气候变化大会闭幕后第一个退出《京都议定书》的国家，也是继美国之后第二个签署但后又退出《京都议定书》的国家。加拿大的经济结构已由签署《京都议定书》时以制造业、高科技产业为主，变为以石油、林木等资源性产品出口为主，石油出口收益在经济中占极其关键的比重。比较特殊的是，加拿大石油资源中，有相当部分为油砂矿，这种矿的石油提炼成本数倍于普通石油，且开采对环境的污染、破坏相当严重，如果严格按照《京都议定书》的规定，进行碳排放限制，则加拿大石油生产将受到致命影响，或减产，或成本继续提高，这都是如今的加拿大所无法忍受的。根据《京都议定书》“共同但有区别”原则，加拿大承诺温室气体排放量在1990年基础上减少6%，但据统计，由于高污染、高排放的油砂开采，加拿大实际碳排放量反倒增长了约30%，如果不退出《京都议定书》，则加拿大按规定将不得不缴纳约140亿加元的罚款，这显然是加拿大政府所不愿承受的。

（资料来源：新华网，2011年12月13日）

综上，这些大国堂而皇之地退出具有法律效力的国际公约，均是出于对自身经济利益的权衡，选择对本国有益的博弈而不顾世界影响。这说明人类主导调控全球公共产品的路还漫长而遥远。

从辩证唯物主义和历史唯物主义角度看，撇开上述各种目的，无论如何，关于气候变化的全球性讨论应该是人类作为全球生命系统的调控者迈出的第一步。社会存在决定社会意识。用历史唯物主义的生态观分析和认识不同社会存在的前提条件，是我们建立合理的生态文明的基础。这些正反两方的说法与想法，其争论的焦点是工业化以后的人类发展与气候变化的关系。下面对工业化前后的全球气候变化的比较将有助于我们全面地认识这一问题。

（二）工业化以来的全球气候变化及工业文明批判

目前讨论的全球变化是狭义的，指的是近300年以来（自工业化开始）地球表面大气成分、气候等的变化，包括平均状态（如全球变暖）与波动（极端天气事件）。工业革命在1750年起步，制造业启动了人为全球变暖，人类开始改变全球大气和海洋的化学成分，改变河流的运行，改造景观以及其他方面。《科学》最近刊文，如果碳排放和变化以其目前的轨迹运行，地球上有1/6的物种可能会因为气候变化的影响而遭受灭绝的威胁。假设自工业革命以来全球气温仅增加了2℃，全球物种灭绝风险会从目前的2.8%增加至5.2%。如果地球气温在后工业革命时期上升了3℃，物种灭绝风险会增加至8.5%；如果全球变暖维持其目前的走向，那么当后工业革命时期气温增加4.3℃时，16%的物种将面临灭绝风险的上升（Finnegan et al., 2015）。

自18世纪60年代工业革命开始，人类排放的温室气体逐渐增加，导致二氧化碳浓度从270ppm增长至390ppm，大气的温室效应也随之增强，已导致全球气候变暖等一系列问题，引起了全世界各国的关注。除二氧化碳以外，对产生温室效应有重要作用的气体还有甲烷、臭氧、氯氟烃等，这些痕量气体也会产生温室效应，其中有的温室效应比二氧化碳还强。按照IPCC，以二氧化碳的温室效应为1，则甲烷为28，氧化亚氮为265（100年计）。全球大气中甲烷的浓度从前工业化时代的大约715ppb增长到20世纪90年代的1732ppb，到2005年的1774ppb；全球氧化亚氮的浓度从前工业化时代的大约270ppb增长到2005年的319ppb。氟氯烃（Chlorofluorocarbon , CFC）为人造化学物质，在20世纪50年代才大量出现，而后迅速增加。

在科学层面上，温室气体的确会导致温室效应。太阳可以透过大气射入地面，而地面增暖后发出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。由于温室效应以及工业化以来温室气体的大量排放，1880—2012年全球地表平均温度大约升高了0.85℃,1983—2012年是过去1400年来最热的30年。1901—2010年，全球海平面上升了0.19米，2002年以来，格陵兰和南极冰盖储量减少的速度明显加快，每年分别大约减少2150亿吨和1470亿吨。温度升高0.85℃看似微不足道，但背后的危机使得缓解温室效应刻不容缓。20世纪90年代以来，许多气候政策已经达成了一个“共识”，认为“2℃”是一条不可逾越的线。这里所说的2℃，是指温度升高到高于工业化前的地球平均表面温度2℃。2013年12月31日《自然》杂志发表的一项研究报告指出，如果人类不立即减少温室气体排放，到2100年，地球可能至少升温4℃，超出预计的2℃升温“红线”（Sherwood et al., 2014）。问题是，这些共识可靠吗？这些界线科学吗？

从更长的地质史看，观点可能就反过来了。人类在约6万年前就开始改造大陆了，那时我们这个人种——智人（Homo sapiens）开始进行全球扩散。他们进行大型狩猎活动时，燃烧植被、砍伐森林，开始为人类统治地球创造条件。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，目前仍然不清楚是否狩猎与气候，或两者的共同作用杀死了巨型动物。2011年哥本哈根大学的一项研究表明，仅气候因素就能很好地解释一些物种灭绝问题。因此，他们认为人类造成的物种灭绝可追溯到数千年前。

温室气体的确会造成温室效应，但是当前的温室效应，至少不是全部，不一定是人类排放的温室气体造成的。因为，早在工业化之前，地球的气候经历过多次剧烈的温度变化，其幅度和波动次数都是惊人的。

（三）工业化之前的全球气候变化

全球显著降温变冷使地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期称为冰期。两个冰期之间为一温暖时期，称为间冰期。地球历史上曾发生过多次冰期和温暖时期。在过去的400万年里，地球上至少经历过22个冰期，许多山脉都有冰川向下运动而留下的痕迹。最近一次是第四纪冰期，大约持续了10万年，在距今约1.1万年时结束。此后，全球气温逐渐上升，冰川覆盖的面积相应缩小，海平面随之上升，地球气候又进入较为温暖的时期。但气候仍然有显著的变化，自公元前4000年以来，世界范围的气候经历了多次冷暖干湿的变迁。即使在最近的500年里，气候也有可见的变迁，有过3次明显的冷暖交替过程。大致说来，3次寒冷时段分别出现在1470—1520年、1620—1720年、1840—1890年；3次温暖时段分别为1550—1620年、1770—1830年、1900—1950年。自20世纪60年代以来开始了第4次寒冷时段。在上述的冷暖时段中，还有更次一级尺度的波动。总的说来，近500年间气温波动振幅约为1.8～2.0℃，其中最冷10年的平均冬温比现今低1℃多。根据史料中有关旱涝的记载推断发现，干湿变化有明显的阶段性。大致说来，16—17世纪是近500年来比较干旱的时期，18—19世纪则比较湿润，20世纪以来又趋向干旱。

中国在近5000年中的前2000年（即从仰韶文化时代到安阳殷墟时代）是一个温暖的时期，黄河流域绿竹繁茂，野象、犀牛出没于林莽之间，年平均温度比现今高2℃左右。最冷时期如宋朝和明末，凛冽寒冬屡现，太湖、洞庭湖和鄱阳湖多次封冻，热带地区冰雪频繁，江南柑橘和福建荔枝历遭冻毁，年平均气温比现今低1℃多。纵观整个5000年的气温变化，总趋势是逐渐变冷的。一些野生动物栖息界线的南移，也反映了这种温度变化的趋势。例如：公元前5000—前4000年间到公元前500年，喜暖的野象群活动北界在中国可达黄河中下游；公元前500年至公元11世纪，野象群活动北界退缩到淮河—秦岭一线，相当于现代亚热带的北界；11—19世纪前期，野象的活动已仅限于南岭以南；19世纪中叶以后，野象群活动在中国只限于云南南部的西双版纳森林。

目前地球处于间冰期，即两次冰期之间的较温暖阶段。最后一次冰期结束于1万年前（武木冰期）。在理解全球变化、人类采取应对策略之前，应该完整地理解地质史。这里规定广义上的全球变化是指地球形成以来的环境变化。地球起源以来的约46亿年中，气候曾发生过多次巨大变化。现在人们还无法了解地球早期的气候状况，只能通过某些直接和间接的方法推测约20亿年以来的气候变化。从历史唯物主义出发，在足够长的时间尺度上这些争论就能够被公允地判断。

三、全球气候变化的历史唯物史观

（一）气候的大尺度变化

每个地区的气候时刻在变化着。这种变化可分为周期性变化和非周期性变化。气候周期性变化的根本原因是太阳和地球的运动具有周期性，导致地球所接收的太阳辐射具有周期性变化，从而影响了水分和热量及其组合（即气候）。气候的周期性变化包括：昼夜变化、季节变化、多年性变化及时间更长的地质时期变化。从近百年我国气温的变化看，存在50年周期的冷暖变化；从近百年我国的降水变化看，存在30～40年的周期或70年的周期。除此以外，还有更长的时间尺度，如地质时代的冰期与间冰期的冷暖交替。然而，气候变化的不确定性也很大，就是非周期性的变化。非周期性变化包括寒潮、洪涝、热浪等。一个有趣的例子是联合国在哥本哈根组织了抗击气候变暖的世界峰会当年的冬天，严寒席卷北半球，打破了几十年来的纪录。这就属于气候的非周期性变化。

1．冰期和间冰期

冰期最重要的标志是全球气温大幅度下降，而间冰期则全球普遍很温暖。冰期有大冰期与小冰期，大冰期时间尺度达数千万到亿年。地质史上最后一个纪——第四纪中以里斯冰期的冰川作用最为强烈，当时地球有三分之一到一半的大陆面积为冰川覆盖（现在覆盖面积约为大陆面积的十分之一）。大冰期内又有多次大幅度的气候冷暖交替和冰盖规模的扩展或退缩时期，其时间尺度一般为十万年，称为小冰期。目前处于冰期与间冰期之间的温度。冰期气温平均比现在低8～10℃；间冰期气温比现在高，北极地区气温较现在高10℃以上，低纬度（热带亚热带）地区也较现在高5～6℃。冰期和间冰期温度的巨大变化，导致其他气候要素和自然地理因子的变化：（1）雨带分布的变化。冰期时，极地冰原面积扩大，极地反气旋增强，极地高压带向中、低纬度地区扩展，迫使地球极锋带移至中、低纬度地区，导致中、低纬度地区低气压活动频繁，雨量充沛，湖水面积扩大。例如亚洲中部、非洲北部和中部、北美洲西部等在冰期时均为湿润地区，但在间冰期时上述地区的气候则常常很干燥。（2）雪线的升降。冰期时，全球山岳雪线普遍下降，大多数山岳雪线下降1000～1400米，热带地区雪线下降700～900米。（3）海平面的升降。冰期时，地球表面的水相当大的一部分形成巨大冰盖而留在陆地上，海平面因此降低。例如，晚新生代大冰期时的海平面比现在低约100米。在间冰期最暖时期的海平面，可能比现在高出15～30米，甚至更高。如果现今地表冰体全部融化，则全球海平面将会上升80～90米，世界上众多大城市和低地将被淹没。（4）冰期时的大冰盖厚达数千米，使地壳的局部承受着巨大压力而缓慢下降，有的被压降100～200米，南极大陆的基底就被降于海平面以下。北欧随着第四纪冰盖的消失，地壳则缓慢上升，这种地壳均衡运动至今仍在继续着。（5）生物区系的迁移。在冰期时，冰川扩张，气候带向低纬度地区移动；在间冰期时，冰川退缩，极地地区气温升高，气候带向高纬地区移动。与气候带相应，生物群落也随之南北迁移。例如：克里米亚（里斯冰期）的地层里发现过北极狐、北极鹿化石；在北极圈附近的南高加索发现过猛犸象化石，北冰洋沿岸有虎、麝香牛等喜温动物群活动。

在冰期，海平面明显下降（最多可降低150米），这是因为冰川和冰原以冰的形式储存了大量的水。海水变成冰川和海水温度降低的联合作用，使得水体体积收缩变小，大量的水储存在冰中，从而导致海平面下降，使得现在的海峡形成了陆桥。

2．厄尔尼诺-拉尼娜现象

厄尔尼诺-拉尼娜指从太平洋东部靠近赤道的海域表面温度的升高开始，进而影响扩展到世界大部分地区的一种现象。厄尔尼诺现象的持续时间一般为6～18个月，周期为2～7年。在两次厄尔尼诺间赤道附近东太平洋水温反常下降，从而引起一系列气候异常的现象称为“拉尼娜”，也称为反厄尔尼诺现象。拉尼娜现象是由前一年厄尔尼诺现象造成的庞大的冷水区浮出洋面后形成的，因此它总是发生在厄尔尼诺现象之后。由于拉尼娜现象不像厄尔尼诺那样简单，它对气候的影响尚很难预测。

厄尔尼诺现象发生时，与东太平洋赤道海域水温变化并行的是气压的波动，太平洋与印度洋之间存在的这种大尺度海面气压升降波动现象称为南方涛动现象。厄尔尼诺和南方涛动之间关系密切，两者常常相伴发生。在最强的厄尔尼诺南方涛动事件记录中，1997—1998年该现象出现的高峰时期拍摄的卫星图片上显示了温度偏离高达7℃。厄尔尼诺南方涛动具有全球效应的主要原因是它改变了极地射流。在一次强烈的厄尔尼诺南方涛动中，太平洋表层暖流范围总是异乎寻常的大，其上部气团受热后会通过对流运动促使大量的暖湿空气抬升。形成的巨大暖气团挤压极地射流，使它改变形状，并向北移。随着极地射流的北移，热带气团的影响增强，暖湿空气流向加利福尼亚，给那里带去大量的降水。在整个北美中部和其他北部大陆，极地射流的位置偏移都会带来异常温暖的冬季。在南半球，最主要的变化就是西风带的减弱使得澳大利亚和印度尼西亚的部分地区降水减少，甚至干旱。厄尔尼诺事件同时也增强了南极高空的风力，使那里的臭氧层更稀薄。

厄尔尼诺有深远的影响，能造成南美洲太平洋沿岸地区的灾害性洪涝及鱼群的消失；导致澳大利亚和印度尼西亚的严重干旱，减少南亚的夏季风降雨；影响热带气旋以及连带影响中纬度地区的气候，造成北美洲和北太平洋地区的严重气候异常，导致美洲和非洲东部一些年降水量不足50mm的干旱地区出现暴雨，降水量在几天内可达100～500mm，引发洪水泛滥，造成太平洋西部及中国北部、印度次大陆、非洲南部和南美洲东北部出现干旱、热浪和森林大火。

（二）极端天气现象

极端天气事件的研究主要基于近50年全球的逐日地面观测资料。在温度研究方面，已证实了全球范围内极端高温日数增多而极端低温日数减少的变化事实；在降水研究方面，在过去的50年中，极端强降水的线性增加趋势相比总降水的幅度更大，即在极端强降水事件上表现更加明显；而飓风、严重旱涝以及冰雹等极端气候现象没有表现出全球性长期变化趋势。

极端天气现象现在比过去多了吗？这实际上是个无法证实的命题，原因是没有“过去”！不是地质史没有过去，而是缺乏可用的数据。世界最早的气象记录不过百年，地点很少；普遍的气象记录迄今只有70年。因此极端现象现在比过去多还是少，由于没有参照而无法判断。现在的记录可以帮助我们认识某些地区的稳定性，从而决策构建在这些不稳定区域的人类管理和生活方式。

极端天气事件概率中尽管用气候均值描述气候相当方便，但反映气候变率的其他统计量依然十分重要。在统计上，由许多天气事件构成的气候平均值往往无法提供准确的气候信息。极端天气事件，如热浪、洪涝、干旱，它们对人类有着恶劣的影响并对自然景观产生巨大的破坏作用，这些极端事件比较适合用发生概率来表示。

需要注意的是，25年一遇的事件并不意味着每25年发生一次。如果某一事件在某一年发生的概率为1/n，表示两个事件间的平均时间为 n年。但这仅仅是一种平均状况。在任一年，事件发生的概率均为1/n。如果事件在某年已经发生了，它在下一年继续发生的概率仍然是1/n。因此，事件有连续发生的可能性。如果事件在任一年发生的概率为1/n，那么该年不发生事件的概率为1－（1/n），连续两年不发生的概率为［1－（1/n）］［1－（1/n）］，连续m年不发生的概率为［1－（1/n）］m。这样，在 m年里至少发生一次的概率为1－［1－（1/n）］m。例如，一个50年一遇的事件在任一年发生的概率为2%，但50年至少发生一次的概率只有64%,100年至少发生一次的概率为87%,150年至少发生一次的概率则为95%。若事件的循环间隔期为5年左右，那么在一个循环时段内至少发生一次的概率只有66%左右（见图1-2）。

（三）关于气候变化与人类活动及人类命运的历史唯物史观分析

从前面的科学事实可知，事实上，在地球不断的冷暖交替中，自工业革命以来地球生物变暖的程度远远小于一个小冰期和一个间冰期的变化，更远远低于中生代。从三叠纪开始（2.5亿年前）到白垩纪结束（6500万年前），其间的1.85亿年是地质史上生命所经历的最温暖的时期。从赤道到两极，植被繁茂，主要是苏铁、松柏、银杏以及蕨类等；爬行动物非常发达，巨大的恐龙统治了地球。然而，那时的排放仅仅是生物过程，无法与工业和人类其他活动排放的巨量温室气体相比。

在过去的200万年中，约有90%的时间是冰期，那时候地球的温度要比现在低4～9℃。9℃的降温听起来并不是那么极端，但这足以使加拿大的全部冰川向外扩张，并使海面下降125米。上述地质史信息告诉我们，没有人类活动的地球也在温暖和寒冷之间大幅度波动，并且温度变化幅度比我们现在所记录的大许多。

四、全球生命系统内稳态调节——辩证唯物主义和历史唯物主义的视角

传统的观点认为，地球之所以有生命存在是由于它具有别的星体所没有的、适合于生命生存的特殊环境条件。这种特殊环境条件就是地球不大不小的体积和恰好合适的轨道位置（Ow en,1985）。如今地球表面多样的、既变化又保持相对稳定的环境条件看起来似乎是“特意”满足生命生存的。它的大气圈密度正好能保持一个液态水圈；它的含氧大气既保证了生命的呼吸和岩石的风化（风化的岩石提供生命必需的营养元素），还使大多数陨石或流星在到达地面前氧化燃烧掉，并有臭氧层屏蔽强烈的太阳紫外辐射，保护了地表生命；大气二氧化碳含量正好能保持地表适当的温度，且能满足植物光合作用所需；地壳构造活动的强度正好能保证地幔与地壳之间的物质交流，保证地表生物营养元素的供应，而又不至于不稳定到生命不能立足。如果不是“造物主”的“特意安排”，那一定是极端的巧合。这种认为“地球上的特殊环境条件完全是由于它的合适的体积和恰好的轨道位置”的观点，已经被两个事实所证伪：（1）生命在地球上已存在了38亿年之久，地球早期的环境条件大不同于今日地球的表面环境；（2）体积大小和轨道位置与地球相近的金星和火星的表面状态与今日地球的表面状态差异悬殊，这种差异很难用它们的体积和轨道与地球的差异来解释。

由地质史证据和理论假说，产生了另一种观点，即认为地球的特殊性在于它具有生命和长达38亿年之久的生物与地球环境相互作用、协同进化的历史。地球今日的特殊状态乃是漫长的生物与地质协同进化的结果，地球的这种特殊状态也是靠生物来维持和调控的。这种观点体现了对地球的重新认识，是新的地球观（张昀，1992）。这个地球观的核心，是盖雅假说（Gaia hypothesis）。

（一）盖雅假说的辩证分析

这个观点可以追溯到20世纪20年代末，苏联学者维尔纳德斯基《生物圈》一书，提出地球生物圈是一个由生命控制的、完整的动态系统。他的生物圈概念是广义的，既包含全部生命，也包含生命活动场所和生命活动产物，因此大气、水、岩石（他称岩石圈为过去的生物圈）乃至整个地球表层部分都包含在内。这些思想继承了200年前英国地质学奠基人赫顿的“超级有机体”概念，他称地球为生物行星，认为地球是一个组织化的活体，一个活系统（Krumbein & Schellnuber,1990）。20世纪70年代初，拉夫洛克（J.E.Lovelock）和马古丽斯（L.M argulis）在一系列论著中阐述了一个新学说——盖雅假说。盖雅（Gaia）是古希腊大地女神之名，该学说以此代表大地和大地上所有的生命（包括人类）所组成的大家庭。20世纪30年代，盖雅一词出现于科学文献之中，被用来描述生物对地球环境的影响与控制。70年代初，拉夫洛克重新定义了盖雅，使之成为一个科学概念（Lovelock et al., 1972）。根据“盖雅假说”，地球生物圈、大气圈、海洋、土壤等各部分组成具有反馈的控制系统，这个系统通过自身调节和控制来寻求并达到一个适合于大多数生物生存的最佳物理—化学环境条件。这个系统的关键是生物，地球表层的复杂性和多样性主要是由生命和通过生命活动而表现出来，而地球表层系统的复杂性和多样性决定了它的可自我调节、自我控制的功能。假如地球上生物消失，那么地球环境就要大变样，最终会变成类似其他无生命行星表面那样的物理和化学平衡状态（见表1-1），这一点可从有生物的地球与相邻的火星或金星大气构成上得到证明。

火星、金星的气体处于化学平衡状态，并且CO2占主导地位。而目前地球上的CO2只是一种痕量气体，因而地球上的气体组成处于非平衡状态。地球系统中同时存在着O2、CO和N2O等氧化性气体和H2、C H4和氨等还原性气体，这些气体以一定的周转期在不断周转。与金星、火星不同，地球大气中高浓度的氮气和水的存在，也表明生物改变其化学组成，显示生命存在方式是处于非平衡状态。这在无生命的行星上是不可能出现的。非平衡状态在地球表面存在就意味着地球表面存在着生物有机体。这个系统是由地球上生物有机体与其无机环境组成的，两部分密切联系不可分割。

近年来人们经常谈论地质史上的灾变事件，往往把生物大规模的绝灭归因于环境的灾难性剧变。从生态与进化角度看，环境灾变与生物大规模绝灭可能互为因果。大的绝灭事件可能造成大规模的生态系统的解体，意味着生物圈对地球环境的调控功能的降低或局部丧失，从而又促使环境条件恶化，形成一个恶性循环，最终酿成大的灾变。生命并不脆弱——每次大的绝灭之后总有生命的大爆发，新的生命继续调控这个星球的环境。

进一步，人类社会或人类文化系统已经成为地球表层系统内的一个特殊组成部分。人类活动逐渐成为影响和控制地球表层系统内能量、物质循环和演变方向的重要因素。人类活动已经并且继续改变地球生物圈的性质。地球表层系统未来的状态越来越依赖于人类社会自觉的行为。

上述两种观点反映了看问题的尺度的重要性。从较短的生态时间尺度看，生物系统与环境的关系以环境对生物的生态作用和生物对环境的适应为主，生态反作用为辅。例如，植物对于环境的冷热变化、大气中二氧化碳浓度升高、干旱和湿涝等往往在结构和生理两方面发生适应性变化；但从长时间的进化尺度看，生物系统与环境的关系就转变为以生物为主动方，即以生物对环境的生态反作用为主。例如，生物对大气成分以至整个地球状态的调控，特别是光合蓝菌和植物通过持续不断的光合作用将地球原来的还原性大气改造成氧化性大气，并不断维持着。盖雅假说对此有比较完整的估计（Lovelock & M argulis,1974）。根据辐射平衡理论，若把地球看作黑体，在没有大气存在时由斯忒藩—波尔兹曼定律计算的地表平均温度为255K（绝对温度，换算过来约－18℃），但实际测量的地面温度平均为288K左右（约15℃）。这是因为有大气的存在。因地球大气对太阳短波辐射基本不吸收，而对地表长波辐射具有强烈的选择吸收，大气吸收了长波辐射，同时又放射长波辐射，其中一部分逸向太空，另一部分又返回地表和低层大气，从而使有大气存在时地表的实际温度高于无大气存在时地表的平均温度。地球大气的存在使地表平均温度提高约33℃。大气的这种作用被称为温室效应，导致大气温室效应的主要有二氧化碳、水汽、甲烷和氧化亚氮等。人类活动引起的大气中温室气体含量的增加，将会加剧大气温室效应的幅度，并可能导致气候与环境的一系列变化。

生物对温室效应的调控作用十分明显：天体物理学家推算，太阳辐射强度自太古宙以来至少增长了30%（有人甚至估计增长了70%～100%）。按物理学原理计算，太阳辐射如果增长10%或减少10%，就足以引起全球海洋干涸或冻结，而实际上地质历史上从未发生过这种情况。自太古宙以来，地表温度虽然有变化，但从未升温到海洋干涸的程度，也从未降温到全球海洋全部冻结的程度。

生命只是地球总物质组成的很小的部分。过去人们只注意到生命脆弱的一面，被动地受环境控制和影响的一面。今天，我们需要重新认识地球生命，重新认识它强大的力量，它对地球环境的改造作用和调节控制，它给地球带来的活力，带来的生机，带来的复杂性和多样性。生态因子对生物系统的作用与生物系统的反作用之间的平衡使全球理化性状稳定在一定的状态，这一状态进一步决定生物的生存和发展。

盖雅假说注意到了生物圈与其环境圈层的功能关系，强调了生物改造环境以适合自身生存的有利一面，认为生物的作用就是力图维护全球环境的有益平衡。从自组织进化角度看，盖雅假说实际上是全球生命系统的宏观调节过程。全球生命系统这个远离物理学和化学平衡态的巨大的开放系统，靠生物捕获、转换和储存的太阳能支持，靠生命活动驱动物质流和完成物质循环，靠生命活动调节、控制和保持其内部理化性状的相对稳定。这是一种内稳态，生物是这个自组织系统的主要调控者。全球生命系统的内稳态调节与生物个体（特别是常温动物）及细胞内稳态调节是三个层次系统的自相似关系。内稳态机制使全球生命系统的状态在总体上保持相对稳定，并且随着时间的进程，各种涨落的幅度越来越小，系统内部的状态愈加稳定。

在进化史上，生命首先通过蓝菌固定光能的“技术进步”，提高了生命这种非平衡状态系统维持需要的基本能量。这种技术的拥有者蓝菌繁盛了约19亿年时间，为后来的真核生物、多细胞有机体的出现奠定了基础，使地球这个星球充满生机。然而，蓝菌光合长期释放积累在大气中的大量的氧破坏了其自身生存的无氧环境，造成蓝菌的衰落（但不是灭绝）。从此蓝菌进入绿色植物，通过把自身隐没在植物的叶绿体中的方式，在系统升级后以真核细胞的子系统继续生存，找到了“永生之门”。

地球上的物质运动主要靠两大能源驱动：一是太阳辐射能；二是地球内部的热核反应产生的能。地球表面对太阳能的捕获、转移和储存主要是通过生命活动来完成的，其捕获、转移和储存的能量总和与地球内部释放的能量总和大致为同一数量级。但是，地球内部释放的能量是以热能和机械能的形式骤然释放出来的（火山活动、地热、地震、构造运动），对于系统结构的改变作用很大，但在驱动和维持地球表层经常性的物质循环中起的作用较小。生命活动通过一系列能量形式的转换和物理—化学—生物过程完成地球表层物质元素循环。如果没有生命捕获、转移和储存太阳辐射能，则投向地球表面的太阳辐射能的大部分会反射和散失，地球表层的物质运动会大大减缓。岩石圈中储存的化学能几乎全部是过去生命捕获的太阳辐射能，以有机碳和还原性金属化合物的形式保存下来，形成了巨大的能量库，保证了地球的能量周转。

最近研究发现，若无生命活动，地球的陆地面积会比当前小很多：目前陆地面积占地表总面积的40%，如果没有生命，其覆盖率将为30%，在更极端的情况下，陆地比例将仅为10%。生命让地球上陆地不断增长的机理有几个方面，例如植物的根系能穿透岩石，将岩石破坏成为沉积物，这些沉积物就像浸泡了牛奶的饼干，能在其孔隙中保持水分，使得更多的水反向循环到地面。另外，如果地幔100～200千米处没有足够的水保持物质的流动，陆地的形成就会减少。这说明，在宇宙中这一颗生命宜居的星球上，生命在建造自己的栖息地方面发挥了重要作用。

（二）生命世界进化出的新层次——城乡耦合系统

100多年前，门捷列夫创建的元素周期表使当时杂乱无章的众多元素“有家可归”，为化学研究开辟了规律性研究的正确途径。生物学家也将这一目标作为理想，多年来一直试图建立生物学中的周期表。2001年，常杰、葛滢发现不同等级层次的各种生物系统之间的结构的异同和结构相似性上有周期性的变化，建立了一个生物系统周期表。

根据生物学和生态学最新知识，生物系统谱包括生物大分子（BM）、大分子群（MP）、细胞器（ON）、细胞（CL）、组织（TI）、器官（OG）、多细胞有机体（M O）、种群（PO）、生态系统（ES）、城核系统（U E）和全球生命系统（GS）。这个一维的线性谱见图1-3。

在一级结构上，相邻层次的系统的生理过程可以整合。例如，一个植株上所有叶片的光合作用整合在植株上，表现为单株的总光合作用，而一个群落中单个植株的光合强度也会整合起来成为群体的总光合生产。目前整合生物学主要针对这类过程的整合。尺度推演是面临的主要问题，因为一个层次的过程强度推演到另一个层次是非线性的，需要找到合适的方法。

生物系统谱带上的各种系统的结构特征并不相同，实际上它们分属于三种类型，我们将其定义为完全系统、服务系统和同形系统。三类系统在直线排列图上仅仅表现出周期性交替出现，按螺旋方式排列（见图1-4）。这些系统在垂直方向上有3列，位于同族的各层次系统为同一类型，其间具有很好的相似性——由于是在等级系统之间，系统是包含—被包含的关系，因而它们之间的关系是自相似。

位于螺旋同一族的各系统间具有许多共同性，研究时可用来类比与相互映射。以服务系统族的特性为例（见表1-2），各层次系统从结构、过程到对外关系方面均表现出相似性。这种类比可以使我们获得很多灵感，例如可以根据某一层次系统的特性推测其他层次的特性。螺旋结构还显示出尺度外推只能应用于同一族系统之间，在不同类型的系统之间进行尺度外推是过去系统层次间整合时的主要误区。这样一来，生物学等级层次系统之间整合的许多困难就解决了。

每一次的生命系统自组织升级到一个新的周期，一方面在结构和功能等基本方面与原有层次自相似；另一方面，新的、更高层次系统在结构和功能上有进一步的发展，对于外部环境更适应。具体来说，主要有：

（1）体积显著增大：大的体积是子系统分化和功能群形成的必要条件。032以完全系统族为例，原核细胞的线度一般为10－7m，一般地说真核细胞的线度比原核细胞大一个数量级（为10－6m）；多细胞有机体长度的众数在10－3m，变化幅度在10－3～102m，比单细胞增加了3～8个数量级；生物圈附着在地球表面，将地球的表面看作一个圆，则其直径为1013m，这比多细胞有机体增加了13～19个数量级。

（2）组分增多：所包含的等级层次增多，每一层次的组分数也增多。例如，城核系统中具有大量的新型物质产品——楼房、道路、交通设施、生产机构、各种用品等，比细胞多得多。

（3）结构与功能的复杂化：生物有机体在细胞组织分化的基础上形成功能专化的器官系统，提高了生物适应能力并扩大了对环境适应的范围。

（4）系统结构发育过程涉及的调控机制复杂化：例如，单细胞生物只涉及细胞内调控，多细胞有机体又涉及细胞间的调控，而全球生命系统除了前面两个层次的调控以外，又有个体间、种内和种间、生态系统之内等复杂的调控机制。后增加的调控机制既受较低层次的影响，同时也反过来制约较低层次的过程和调控。

（5）系统内部状态相对更加稳定：随着内稳态越来越强，系统内部组分的物理、化学和生物条件越有利于各组分的功能和过程进行。

（6）寿命延长：特别是对于升级前的系统来说，新系统的生命相对来说几乎是“无限”的。例如，单细胞个体的寿命通常只有数小时到数日，与多细胞有机体的数月、数年，甚至数百年的寿命相比，后者在时间上极长。较长的寿命有利于生态上的竞争（常杰、葛滢，2001）。

（7）单位土地面积上的生命物质密度（生物量）增加，更充分利用空间等资源。

（8）原来低层次没有的新特征出现——自组织突生（这也是各层次研究必须分别进行的根本原因）。

总之，一个新层次自组织系统诞生，总比原有层次系统的寿命长，使这一层次包含的子系统获得长期生存的机会。正如以蓝菌为主体的光合生物完成了自身层次以上的自组织升级，在升级后的真核生物中继续以细胞器方式生存，扩大了生存空间，并延长了生存的寿命。

（三）气候变化的剧烈与生物进化的稳定

多细胞生物的诞生从“可见时代”（即显生宙）开始，包括了从前寒武纪以来地球上全部的生物历史时期。显生宙分为古生代、中生代和新生代。由于显生宙的各个“代”和“纪”最初是由它们的独特的动物化石区系确定的，它们之间的界限是以大的绝灭事件或动物新的大类群的多样化为标志的。类型丰富多样的无脊椎动物的出现标志着寒武纪的开始，大约距今5.9亿年。

迄今为止，地球上的生命发生过五次大规模的灭绝：第一次物种大灭绝发生在4.4亿年前的奥陶纪末期，由于当时地球气候变冷和海平面下降，生活在水体中的各种不同的无脊椎动物便荡然无存。第二次物种大灭绝发生在泥盆纪晚期，其原因也是地球气候变冷和海洋退却。第三次物种灭绝发生在2.5亿年前的二叠纪末期，那次灾难毁灭了95%的海洋物种和几乎70%的陆地物种，它们基本上都是一些早期昆虫、原始爬行纲和鲨鱼形动物。灾难的主要原因专家仍有争论，有的认为是地壳的频繁活动和联合古陆形成而引起的气候变化。第四次劫难发生在三叠纪晚期。离我们最近、最为著名（但不是最大）的第五次大劫难则发生在6500万年前，毁灭了包括恐龙在内的90%的地球物种。

每次灭绝之后，都有一场生物大爆发，生物类群的复杂、组织程度也提高一次。在生物多样性进化的不同阶段，系统中正负两种反馈机制的作用强度不同，互为消长：在每一次大爆发阶段，多样性和复杂性以正反馈为主，这时的多样性增长应符合指数模型。多样性的增长经历着像种群增长那样的指数增长模型，遵循方程：

Nt＝ N0 ert

式中，Nt表示t时刻的物种数，N0表示在生物大爆发前的起始物种数，e表示自然底数，r表示物种数的内禀增长率，t表示经历的增长时间。

从化石记录看，前寒武纪晚期和寒武纪早期多细胞生物第一次大爆发时，多样性即呈现指数式增长。以后每次重大灭绝之后生物多样性增加都很迅速，每个大类群都发生过指数式的适应辐射。例如，中生代爬行类惊人的适应辐射，被子植物从白垩纪开始的成幂增长，哺乳动物“属”的多样性在整个新生代以指数式增加。

这种正反馈造成的指数式增加可以从生态学上得到解释。巴姆巴赫（Bambach,1983）提供的证据表明，显生宙许多类型多样性的增加都是通过增加对“生态空间”的占领，即通过增加资源利用多样性实现的。资源多样性的增加方式是正反馈的：一个物种也是其他物种的资源，物种越多，资源也就越多，也就可以产生更多的物种。例如，被子植物的发生虽然会与已有的裸子植物和其他植物竞争生态位，从而对其多样性有一定副作用。但是大多数被子植物都是专性食草昆虫的宿主，而这些食草昆虫又依次是数千种寄生昆虫的高度专一性寄主。所以它开辟了以往不存在的更为广泛的生态位。当前的生物多样性在某种程度上奠定了未来更大多样性的基础。

大爆发过后，随即是减速增加阶段，这时负反馈逐渐起作用，多样性增加速度越来越慢，直至增加速度与消失速度接近，表现出多样性在一个恒定的水平附近波动。形成类似种群数量增长的逻辑斯蒂曲线。在整个古生代，多样性的动态相当符合逻辑斯蒂模式，尽管存在连续的起源和绝灭，从寒武纪晚期到二叠纪，生物类型多样性仍波动于一个相当恒定的水平。

始于5.42亿年前，结束于4.92亿年前的寒武纪，一直是古生物学家极感兴趣的一个时期。第一次物种大灭绝后，在寒武纪最早期，带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣，以及软舌螺类、单板类、喙壳类、双壳类、腹足类、腕足类、锥石类、原牙形类、腔骨片类、近骨状壳类、织金钉类、托莫特壳类等有壳类生物，加上个体大的海绵类、腔肠类等生物出现，其中，最繁盛的是节肢动物三叶虫；在距今约5.3亿年，则出现了脊索动物。在大爆发中出现的动物门类猛增至30多个。此前的数千万年间，地球上最复杂的生命形式，只不过是一些形成叠层石的海洋微生物群落。奥陶纪物种大爆发又称“第二次物种大爆发”，地球生命如星火燎原般重新加速进化，最先是一些海藻类开始大量繁殖。虽然新出现的大生物群种类只有苔藓虫，但物种在种类和数量上都大大增加，首次出现了如海星、海胆、牡蛎和扇贝等海洋生物。奥陶纪时期的生态也比以往更为复杂，生境变得更为多样，竞争也逐渐变得激烈起来，生命开始向陆地进发，一些简单的植物在湿地生长起来。在随后的志留纪以及更近的百万年前，逐渐出现陆地动植物，如两栖类动物、昆虫和蕨类等，生物从简单到复杂，多样性增加。

地质上最后一个纪是第四纪，从更新世开始（约200万年前），最近的1万年左右称为全新世。除了那些绝灭的“属”以外，更新世的生物区系包括的类型与今日的种如此相似，被置于同属甚至有时是同种。更新世的显著特点是气候的剧烈变冷和起伏不定。在几次小的冰期和至少四次大的冰期时，遍及世界大部地区的气候变冷和变干燥，动物和植物的物种分布移向热带，例如像云杉和麝牛这样的北极生物类型在美国南部出现。在温暖的间冰期时，许多物种分布到它们今天所在区域以北很远的地方。在英国有象、河马和狮这样的动物出现。冰川时期，已南移的许多物种被限制在一些“庇护地”，这是指具有适宜栖息地的局部孤立的小块地区，以致它们的分布区域被分成许多小块，促进了亚种或种水平上的遗传分化发生。在部分热带地区，冰期的干燥气候大概也促进了热带雨林生物的遗传变异。约1万年前最后一次冰川消退时，物种以不同的速率从它们的庇护地扩散出来，遍及受过冰川作用的北方地区，形成新的生态关系。

令人难以理解的是，更新世气候的剧烈变动，似乎对进化速率或绝灭速率的影响相当小。例如，实际上所有更新世的甲虫化石与现存种完全相同。大多数更新世哺乳类与它们的现存后代仅有较小的差别。绝灭速率的增长只在大西洋的无脊椎动物（特别是热带地区的），还在大型鸟类和哺乳类（特别是北美和南美的）等“大型动物”上体现出来。这些动物中有许多（如剑齿虎、猛犸象、大型美洲野牛、大型树懒等）约在1.1万年前绝灭。由于这些动物绝灭前人类已经跨过白令陆桥来到美洲大陆，因此这次绝灭可能与人类狩猎有关。

（四）地球进化史的推理：人类生态文明的挑战与机遇并存

人类迄今所积累的知识使我们今天对宇宙、自然界和人类自身的认识，在深度与广度上大大超过了古代哲人与先贤。然而近代的科学理论往往能在人类文明史早期的哲学思想体系中找到其根源，今日学者们经过长时间曲折、艰难的探索才悟出的深刻道理，却早已闪现于古代先贤的智慧之中了。

物质在分解和转化中生成，生成中有毁灭，毁灭中也有生成（“其分也，成也；其成也，毁也”）。因此，物质是不灭的，因为物质毁灭的同时也转化为别的形式生成出来，无所谓生成与毁灭。2000多年前的庄子对宇宙物质的认识与我们今天的科学世界观赖以建立的物质不灭和物质、能量相互转化的物理学定律不是很接近吗？

现代进化概念的核心是“万物同源”及分化、发展的思想。由未分化的混沌状态（“道生一”），通过分异和分化（“一生二，二生三”）而产生出万物。2000多年前的老子哲学中不是包含着演变论观点的萌芽吗？

哲学的思想不能替代科学理论，但科学不能没有思想。现代进化理论既是现代科学，又包含着人类文明的思想精华，它是包含了深刻的哲学思想的综合的科学理论。尽管达尔文以来的生物科学已证明生命是有历史的，即从简单到复杂，从低组织化水平到高组织化水平的进化（演化）历史，而物理科学直到1969年普里高津（Prigogine,1977年获诺贝尔化学奖）提出耗散结构理论才真正接受了进化（或演化）的概念。长期以来，物理学家认为宇宙的基本规律是可逆性和决定性，宇宙没有历史，时间没有方向。普里高津终于使物理科学改变了观念，承认自然界的基本过程是不可逆的、随机的，承认时间是有方向的，承认非生命系统也有类似生物进化的从混沌到有序的演化行为。从承认存在到承认演化，这是物理科学在观念上的大变革。如今，演化概念已成为整个自然科学乃至社会科学的基本概念，演化规律已成为自然的与社会的普遍规律。就像普里高津所说的：“无论向哪里看去，我们发现的都是演化。”许多人认为，是普里高津等当代物理学家推动和完成了从存在到演化的科学观念的大变革。然而，实际上当19世纪热力学第二定律揭示的物理系统随时间的熵增过程是一个从复杂到简单的“反进化”过程时，哲学家斯宾塞就已经给进化下过一个广泛适用的定义了。严格说来，普里高津等的贡献是在物理科学领域中完成了科学观念的变革，即从机械的、惯性的物理学演变为演化的物理学。用物理学的表述方式重新表述了生物科学已接受了的进化思想，从而完成了物理科学与生物科学在最基本的理论原则上的统一。

通过地质史的证据、进化的理论和哲学的分析，人类可能促进生命的持续生存。人类通过文字的信息传承也把农业文明人类活动的成功与失败展现给现代人类，同时现代人类有了进一步认识、调控地球生命系统的知识、技术等各方面的能力。人类成为这次自组织系统升级的驱动力。