环境的极限
一些评论家认为，最近在半导体工程和信息技术方面的发展，以及由此产生的人工智能的快速发展，不仅仅是另一波创新浪潮，而且是一场成熟的新工业革命。[19]然而，与两个世纪前的标志着第一次工业革命的一系列变化——材料使用方式的创新、工作组织的变化及采用一种新的能源（煤作为蒸汽机的燃料）（第七章）——相比，这一次有一个明显的区别。这一波技术革新浪潮，特别是通信技术和人工智能（推动了工业自动化）、机器人和智能设备的革新，不仅带来了工作的重组，而且让生活的几乎每一个方面都发生了重组。但就能源而言，并没有发生真正革命性的变化。尽管核电、太阳能和带储能功能的风能现在是化石燃料之外的重要能源，但在几个主要国家和部门，传统能源仍然占主导地位。正如昂·巴拉克（On Barak）所认为的，煤烟已经成为过去式的说法纯属无稽之谈。[20]在许多地方，甚至互联网的运行都依赖于以煤作为发电的燃料。据说计算机数据的存储是在“云”中进行的。这仿佛意味着这是一种虚无缥缈和干净的东西，但现实是胡东辉所说的“云计算产生一连串的垃圾：用于供应数据中心的燃煤电厂造成的污染……（因为）云计算供应商不断升级计算机产生的电子废弃物”。他列举了美国的个别数据中心，这些数据中心耗电量为100兆瓦，这意味着它们的耗电量相当于几千个家庭的耗电量。[21]因此，如果这要算作一场新的工业革命，那也是一场非常不完整的革命。这就好比第一次工业革命只引入了工厂体系，但却从未跨过工厂由马或水驱动的阶段。
19世纪的批评家们表示担心，对化石燃料的依赖意味着最终会达到极限，被自然资源的可用性和环境吸收燃烧和其他过程产生的废物的能力所限制。早在1865年，经济学家威廉·斯坦利·杰文斯（William Stanley Jevons）就对英国工业所依赖的煤炭资源的局限性提出了警告。[22]在1859年和1862年的出版物中，德国化学家尤斯图斯·冯·李比希（Justus von Liebig）对集约农业（high farming）的密集种植模式下土壤肥力的局限性以及为支持集约农业而开采的不可再生肥料（如秘鲁鸟粪）的世界供应表达了类似的担忧。李比希关注的是，在过度耕作土壤和转移穷国的自然资源以促进富国的农业发展的过程中，会出现暴力“劫掠”，这促使他发展了化学肥料的工业合成。他的批评对卡尔·马克思分析资本主义和帝国主义的采掘过程（包括社会和物质方面）产生了重要影响。[23]到19世纪80年代，人们最初认为工厂烟囱冒出的煤烟无害甚至是滋补的看法发生了剧烈的改变。在德国、英国和美国等工业国家，医学专家、政府、工业家和公众都在共同努力解决“烟雾问题”。[24]工业污染的概念诞生了，但与经济增长的必要性相比，这仍然是一个小问题。
1972年，被称为罗马俱乐部的智库委托麻省理工学院的科学家进行了一项研究，该研究基于计算机模拟，警告说无限制的经济增长会对世界上有限的自然资源产生负面影响，包括日益严重的污染风险。通过这项研究，他们在当年出版了一本名为《增长的极限》（The Limits to Growth）的书，而这本书产生了相当大的影响，并激起了关于环境的积极讨论。但它也被一些人歪曲了，他们认为这是危言耸听。然而，在该书出版后的30年间，其关于资源枯竭和污染问题的预测在很大程度上得到了证实，这在其最新修订版和其他独立评估中都有记载，之中值得一提的是格雷厄姆·特纳（Graham Turner）在2008年出版的评估报告，其中引用了杰文斯的观点。[25]
1865年、1972年和2008年的这些不同作者的书——每一本都对依赖化石燃料的影响发出警告，呈现出一个重要的演变：从杰文斯对有限资源的关注（其中很少提到污染），到《增长的极限》第一版中现在看来低调的警告，再到特纳研究中对大气污染性质的更具体和紧迫的警告。在《增长的极限》一书中，作者只试探性地提到了燃烧化石燃料时产生的二氧化碳和其他所谓的温室气体所造成的问题，但在随后的几十年里，温室气体对工业发展前景的限制比以前强调的任何关于资源枯竭的担忧都更为严重。
在历史的早期阶段，影响技术应用的环境限制似乎总是局部的，仅限于诸如灌溉土地的土壤盐度、炼铁的燃料供应以及为造船提供木材的森林枯竭等问题（第一、三、七章）。[26]然而，早在19世纪20年代，乌托邦思想家夏尔·傅立叶（Charles Fourier）在观察法国森林砍伐的影响时，就评论说，沿着这些路线继续发展而不蹂躏整个地球是不可能的。[27]当时，用铁代替木材造船，用煤和焦炭代替木炭燃料，似乎提供了可行的替代方案，但事实证明，它们只是短期解决方案。现在人们认识到，以煤为基础的解决方案对大气层的影响可能威胁到世界文明的各个方面。
人们是缓慢理解空气中的二氧化碳如何吸收地球表面热量的。它始于约翰·丁达尔（John Tyndall，1820—1893）的工作，但是对大气中的二氧化碳的系统监测直到1958年才开始。那一年，当夏威夷岛上的莫纳罗亚天文台（Mauna Loa Observatory）开始进行先驱性的测量时，空气中的二氧化碳含量在310—320ppm（ppm指百万分率）之间。[28]从那时起，大气中这种污染物的含量就沿着一条被称为基林曲线（Keeling Curve）（图12.1）的轨迹陡峭上升，这条曲线以多年来领导莫纳罗亚工作的科学家查尔斯·大卫·基林（Charles David Keeling）的名字命名。[29]
图12.1中的曲线呈锯齿状，因为在北半球的夏季，由于大量的二氧化碳被生长中的植物绿叶的光合作用所吸收，空气中的碳浓度会明显下降。这只是一个季节性的影响；在北半球的冬季，该曲线再次上升。南半球有植被的土地较少，所以夏季的光合作用的影响要小得多。碳浓度在2013年首次达到400ppm的季节性最大值，到2015年碳浓度完全超过了这一水平；4年后几乎达到410ppm。这种二氧化碳和其他温室气体的积累对全球气候的最终后果将在未来更加明显，但有些已经很清楚了：海洋变暖，北极冰层大量减少，世界许多地方极端天气发生的频率增加。
图12.1 基林曲线，1960-2013年：大气中的二氧化碳浓度，单位为百万分之一，显示出季节性波动（根据莫纳罗亚天文台观测站的数据，https：//www.co2.earth/）(https://www.daowen.com)
从足够长的时间尺度上我们可以看到，1958年至2013年期间，来自工业、交通、集约化农业和森林砍伐的排放超过了另一种环境极限。在100万年或更长时间里，地球经历了一系列有规律的周期，在冰期和较温暖的间冰期之间交替。这种交替部分由地球围绕太阳的轨道的不规则性控制，部分由大气中的二氧化碳在光合作用的影响下的变化方式控制；因此，大气中的二氧化碳浓度也以周期性的方式变化。每个周期大约需要10万年才能完成，地球的表面温度在冰期的低温极限和间冰期的上限之间交替，前者大气中二氧化碳含量较少，而后者是由于温室效应，二氧化碳保留了适度的热量，使平均温度上升。在1950年之后，随着燃烧化石燃料和森林采伐，越来越多的二氧化碳被注入大气中，这种二氧化碳含量高带来温暖、二氧化碳浓度低导致寒冷之间的循环明显被打破（图12.2）。因此，“地球系统”并没有在间冰期结束时开始预期的温和下降趋势，走向较低的二氧化碳水平和较低的温度，而是进入了二氧化碳浓度迅速上升的道路。这对气候有两个影响。[30]
首先，一个直接的影响是：二氧化碳的增加往往会产生更频繁的气候异常现象。这包括极端天气事件，如温带地区的热浪和干旱，以及热带地区降雨的大量增加。第二则是间接影响：随着海洋慢慢变暖并将热量传递给地球系统的其他部分，各地的气候逐渐变暖。全球平均地表温度最初滞后于二氧化碳的增加，但现在温度正在接近冰期条件的上限。2018年，全球平均温度比工业化前水平高出约1摄氏度，并以每10年0.17摄氏度的平均速度增加。
在威尔·斯特芬（Will Steffen）的带领下，来自斯德哥尔摩恢复力中心（Stockholm Resilience Centre）、哥本哈根大学（University of Copenhagen）、澳大利亚国立大学（Australian National University）和波茨坦气候影响研究所（Potsdam Institute for Climate Impact Research）的科学家们详细研究了这些趋势。他们认为，地球系统很可能正在接近二氧化碳浓度和温度的一个关键阈值。如果这个阈值被跨越，地球系统可能达到一系列会导致突然变化的临界点，如极地冰盖加速融化，海平面上升，热带雨林被干旱破坏。[31]从那时起，持续的气候变化将导致所谓的温室地球（Hothouse Earth），这种情况将很难恢复，在世界上的大片土地上，许多生命形式将不复存在。
对以上结论做个总结：在被称为第四纪晚期（Late Quaternary）的大部分时间里，持续存在冰期和间冰期状态之间的交替，由自然反馈过程维持在相当明确的界限之间。而自1950年以来，对化石燃料的快速开采，使大气中的二氧化碳水平远远超过了过去120万年中出现的间冰期状况的上限（图12.2）。世界似乎正在进入一个新的时代（人类世，the Anthropocene），其中限制地球变暖的过程已经被打破。斯特芬和他的同事说，取代了第四纪晚期的相对稳定状态的是这样的情况：“在人类活动的驱动下，地球系统快速脱离被冰期/间冰期限制的循环，走向新的、更热的气候条件和一个完全不同的生物圈。”[32]
图12.2 几千年来大气中的二氧化碳水平
2018年，一系列极端天气事件（飓风、长期干旱后的森林火灾、洪水）让世界预感到了气候变化可能带来的一些影响，而在此之前的几周，几份关键报告强调了问题的紧迫性。这些报告被媒体认真对待，没有像以前一些报告那样受到气候怀疑论者的嘲笑，所以公众的理解可能已经达到了一个转折点，至少观念上有转变，如果政策上暂时还没有。最重要的是当年10月政府间气候变化专门委员会（IPCC）在韩国仁川召开会议后的一份新文件。该报告警告说，世界只剩下十几年的时间来防止全球气候灾难。[33]人们需要采取行动，将全球平均地表温度上升控制在工业化前水平以上1.5摄氏度以内；如果在减少温室气体排放方面没有实际进展，世界可能会在2030年左右超过这一危险水平。急需各国做出努力，以减少排放二氧化碳和发展清除二氧化碳的方法。
在过去的半个世纪里，气候系统的快速变化以及人类系统在技术和社会经济方面的惰性，使地球大气层的条件远远超出了过去冰期条件所容许的范围。斯特芬和他的同事认为，这些系统可能已经走过了一个“岔路口”，并强调了有必要在知情的情况下协调一致改变方向，在全球治理层面商定并实施战略。他们认为，“在未来，地球系统有可能遵循多种轨迹。……如果世界各国社会想要避免突破阀值以至走上注定通往温室地球的道路，那么它们就必须做出慎重的决定以避免这种风险，并将地球系统维持在（稳定）的条件下”。[34]这种稳定地球（stabilized Earth）的条件，即温度相比工业化开始前上升不超过2摄氏度（现在是1.5摄氏度），“将需要大幅削减温室气体排放，保护和加强生物圈碳汇（carbon sink），努力从大气中清除二氧化碳……并适应已经发生的气候变暖带来的不可避免的冲击”。[35]
这阐明了未来创新的技术和政策标准。虽然煤炭和化石燃料的使用推动了19世纪和20世纪的工业革命，但21世纪的工业革命有赖于向无污染的能源的彻底转变。我们不能继续使用煤炭产生的电力来为互联网提供动力！
