主要

人性是人类世6,提出了新的地质时代人类的压力已经让地球系统轨迹移动迅速远离过去12000年的全新世稳定状态,这是我们唯一的地球系统的证据能够支持我们所知道的世界7,8。这些快速变化的地球系统破坏重要的生命支持系统1,9,10,有重大社会影响已经显现1,3,他们可能会引发不可逆转地破坏地球系统的临界点7,11,12。这些变化主要是由社会和经济系统运行在不可持续的资源开采和消费。贡献地球系统变化和它的后果影响社会团体和国家之间差异很大。鉴于这些包容人类发展和之间的相互依赖关系和弹性地球系统稳定1,2,3,13,评估安全边界是要求占地球系统弹性和人类福祉的一个集成框架4,5。

我们提出一套安全、地球系统边界(esb)气候、生物圈、新鲜水、营养物质和空气污染在全球和subglobal鳞片。之所以选择这些领域,原因如下。他们跨越地球系统的主要组件(大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和冰冻圈)及其相互关联的过程(碳、水和养分循环),“全球共享”的14支持地球的生命支持系统,因此,地球上的人类福祉;他们对技术的影响时间尺度;他们受到人类活动的威胁;他们可能会影响全球地球系统稳定和未来的发展。我们提出了esb是基于现有的奖学金,专家判断和广泛共享的规范,如2030议程。他们是一个透明的建议作进一步的讨论和细化的学者和更广泛的社会。

首先,我们确定了“安全”的界限在subglobal和全球范围内的“维护(ing)和enhanc (ing)的稳定性和弹性地球系统随着时间的推移,从而维护其功能和支持人类和其他生物的能力4。确定安全的边界,我们使用临界点的风险评估在当地和地区引爆元素,证据在地球系统功能下降,分析历史变化和专家判断。我们评估这些esb的不确定性和信心。引爆这些组件元素或过程控制地球的功能和状态和显示的证据有阈值小的附加扰动可以触发自我强化的变化,破坏了地球系统的弹性15,16。我们不能只依靠临界点制定安全的esb,然而,esb不应被解释为代表的临界点。作为人类生活的参考国家支持在地球上,我们使用一个间冰期Holocene-like地球系统功能由平衡反馈处理,缓冲区和抑制干扰。方法和补充信息有安全的边界如何确定细节。

其次,我们使用三个标准来评估是否遵守安全esb可以保护人们免受重大伤害(盒子1):“种间正义和地球系统的稳定性”(I1)17;“代际公平”18过去和现在的一代(I2a)之间,现在,未来(I2b);和“intragenerational正义”(I3)国家之间19、社区和个人通过一个交点的镜头20.。这些标准坐在在一个更广泛的地球系统司法框架,超越行星和所有同这些合作有关正义采取多层次变革正义的方法关注目的(边界和访问级别)和手段21,22。方法和补充信息有更详细的讨论司法方法的应用。我们定义的伤害对人类的负面影响,社区和国家从地球系统变化除了背景。最近的政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告指出“严重的”风险和高的原因考虑成千上亿人暴露于气候的变化,如增加温度和极端事件23。在这篇文章中,我们定义重大伤害普遍存在严重或不可逆转的负面影响国家、社区和个人从地球系统变化,如丧失生命,生计或收入;位移;损失的食物,水和营养安全;和慢性疾病、伤害或营养不良(一个术语表补充的方法)。

第三,我们把这些正义标准与历史分析,国际卫生标准,地球系统模型和专家判断量化安全,esb,减少人体接触造成重大损害(没有明显的伤害(NSH))从地球系统变化。减少重大伤害是国家和国际法律的基石和矫正正义24,25。我们专注于评估地球系统变化的水平导致广泛接触造成重大损害,这将导致更大的影响当弱势群体暴露出来3。方法和补充信息有细节就边界如何确定。这里所描述的只是(NSH)边界地球系统正义是必要但不充分条件,还必须启用对资源的访问26分配和程序公正22。基础,使最低水,所有人类食品、能源和基础设施与安全(NSH) ESB天花板的最大允许人类生物物理领域的压力可以构成安全“走廊”4,22(无花果。1)。

图1:提出安全(NSH) esb。
图1

可视化安全esb(暗红色),(NSH) esb(蓝色),安全的情况下,(NSH)边界对齐(绿色)和当前全球国家(地球图标)。径向轴规范化安全的esb。标题或中央估计全球范围(表1)策划与当前全球国家的支持,但我们强调,我们也定义subglobal边界为许多领域(表和多个可能性级别1)。气溶胶,然而,我们显示subglobal边界比较安全的边界。氮,我们绘制蓝色虚线边界量化的伤害从地下水硝酸盐同时指出只是边界通过富营养化还必须把安全注意事项,导致一个更严格的安全边界。最小访问水、食物、能源和基础设施为所有人类(虚线绿线)可以构成一个安全的基础,“走廊”(绿色区域),但我们不确定这个基金会。选择可视化提出了扩展的数据图。1。

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我们的评估建立在进步超越先前的研究和以科学为基础的政治共识,比如行星边界(PBs)框架27经济学,甜甜圈28和可持续发展的目标29日用下列方法。(1)避免重大伤害我们定义esb使用相同的单位的安全esb演员使用的相同的域和提出的更严格的安全边界通知目标设置。PBs识别只有安全的生物物理边界。访问相关的社会目标或伤害从自然资源采用2030年议程,甜甜圈经济和其他方法28,30.,31日,32量化可比单位或检查不仅仅是人类活动对地球系统的后果,不会伤害人类从地球系统变化。阐明社会政治的概念,如地球系统正义,和它们的意义转化为生物物理单位可以使人类可以更好的理解空间,使之功能。(2)我们定义全球和subglobal esb在大多数领域。PBs的强调全球范围内可以不适当的评估和管理等领域的生物圈33和新鲜的水34,35,36,37。(3)我们为地球系统设定界限在多个可能性水平状态。(4)评估气候引爆元素,生物圈和其他地球系统领域是关键,虽然不排斥,esb的证据。最近铅而不是强调风险评估相关离开全新世地球系统变化的范围38。

量化esb

对于每一个地球系统领域,我们第一次量化安全边界维持地球系统的弹性,与多个水平可能反映不确定性或变化的精确边界的位置。遵守这些安全边界实现我们的种间正义与地球系统稳定性的判据(I1盒子1),将保障后代对重大伤害从地球系统变化(代际公平;I2b在盒子里1),但它可能无法避免严重的伤害目前的一代,特别是弱势群体(I2a和I3在盒子里1)。因此,(1)我们建议一些界限进行更严格的保护现在代和生态系统;(2)我们补充安全边界与地方标准保护现在代和生态系统;(3)如果边界是现在代可能造成相当大的困难,我们建议补充占分配正义的政策。我们也评估地球系统的当前状态对每个安全、ESB。

气候

我们为气候变暖(图确定安全的esb。1和表1基于最小化可能引发气候引爆元素;维持生物圈和冰冻圈功能;和会计的全新世(-1.0 < 0.5°C)和以前的间冰期(< 1.5 2°C)气候变化(补充的方法)。一些气候引爆点,如循环崩溃或者亚马逊枯死,高或低的不确定性对其动力学和潜在的变暖阈值的信心16独立,但互补的古气候和生物圈分析气候ESB支持安全评估。冰冻圈功能包括维持冻土在北部高纬度地区,永久的极地冰盖和山地冰川和海冰损失最小化。我们发现全球变暖超过1.0°C高于工业化前的水平,这已经超过了9触发引爆的可能性,一个温和的元素,如格陵兰冰盖崩溃或局部突然北方冻土的融化16。摄氏一度全球变暖是一致的安全限制在1990年提出39和350 ppm的PB有限公司2(ref。27)。1.5°C或2.0°C以上变暖,触发引爆点增加的可能性高或很高,分别扩展数据表中(高的信心1)。生物圈的破坏和全球碳汇成为碳源的风险,可能引发进一步的气候反馈,大幅增加40。我们得出这样的结论:稳定在一个安全的ESB或以下1.5°C避免最严重的气候变暖对人类和其他物种的影响,加强了1.5°C护栏设置在巴黎的气候变化协议。

表1提出安全(NSH) esb(可视化在无花果。1)
全尺寸表

评估重大伤害从气候变化表明需要严格(NSH)边界。1.0°C全球变暖,成千上万的人暴露在极端湿球温度(无花果。2),国际米兰的担忧——和intragenerational正义。1.5°C的变暖,2亿多人,不成比例的那些已经脆弱,贫穷和边缘化(intragenerational不公),可以接触到前所未有的年平均温度41,5亿多万可以暴露于长期海平面上升(无花果。2和方法)。这些人伤害远远超过了被广泛接受的“留下没人”原则29日和破坏的可持续发展目标。此外,过去的排放已经导致重大伤害,包括极端天气事件,栖息地的丧失在北极原住民社区,低地国家和土地面积的损失从改变冰川融化海平面上升或降低地下水补给系统3。不可逆转的影响,从冰冻圈和生物圈引爆的元素是人为的温室气体排放量在未来几十年,但展开了几百年或几千年后还威胁代际正义(补充的方法)。我们得出这样的结论:如果接触数以百万计的人们要避免重大伤害,只是(NSH)边界应设置在或低于1.0°C。自回归在这个边界可能无法实现在可预见的未来,适应性和补偿,以减少敏感性伤害和脆弱性是必要的。在2022年的联合国气候变化会议(COP-27),发展中国家实际上积极关注的问题适应、损失和损害。

图2:暴露于重大伤害从气候变化在不同级别的变暖。
图2

我们检查的2010年全球人口年平均气温高于29°C(紫色;线性,P< 0.01),湿球温度35°C平均每年至少1天(橙色;二次拟合,P< 0.01)和未来海平面上升(蓝色;线性插值)。2100年海平面上升计算固体(蓝色)和multi-centennial(蓝色虚线;线性插值)对一个给定的温度稳定到2100年,分别代表短期影响和长期平衡。插图显示湿球温度的放大范围1 - 2°C。阴影表明东南部。

源数据

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生物圈

生物圈,我们确定安全的esb生物多样性的两个互补的措施:(1)的面积基本上完整的自然生态系统和(2)的功能完整的生态系统,包括城市和农业生态系统(表1)。维护领域的基本完整的自然生态系统是必要的保护地球系统功能,所有的人类,其他物种(I1盒子1)和地球系统的稳定性取决于包括股票和流动的碳、水和营养物质和阻止物种灭绝(地球系统自然对人们的贡献(NCP)通过地球系统功能)。根据气候、水和物种保护模型的结果,我们提出一个安全的ESB的50 - 60%(中扩展的数据表的信心1)全球地表覆盖了很大程度上的完整的自然区域维护地球系统大会党(表1和补充的方法)。这个范围内使用当前的自然土地覆盖面积作为最小值指示需要恢复时基本完整的自然区域。确切的边界安全很大程度上取决于特定的生态功能需求(例如,反过来取决于剩余的碳排放隔离)的空间分布和主要生态区和生态系统完整的自然区域。一般的研究表明,高达60%的陆地地球表面积可能需要一些扩展(80%补充的方法)。与50 - 60%陆地自然生态系统领域可比ESB需要海洋中保持碳封存和降低额外的海洋物种灭绝42。Biome-scale边界可能更严格的:例如,保护热带森林生物群落由于气候稳定和水分循环的贡献。如果修复工作的分配和协调是小于最优,所需的最小面积会更大。如果违反这些边界,涉及损失biome-scale功能完整的临界点和相关NCP可能触发,包括物种灭绝率的增加。

坚持我们提出安全ESB基本完整的自然生态系统的面积应该最小化伤害后代(I2b盒子1)保护生物圈贡献通过稳定和弹性地球所有生命支持系统和局部NCP主要提供的完整自然。然而,当前一代(I2a实现正义和I3在盒子里1)可能需要更严格的边界,因为安全的ESB不占主要的当前的不均匀分布完整的自然生态系统需要支持当地的生计43,尤其是在贫穷或原住民社区44,45。一些人和国家可能直接受益于政策维持或增加自然生态系统区域46,而其他人可能面临的机会成本47。因此,确保分配的基本完整的自然生态系统,公正(NSH)边界可能需要设置上限的50 - 60%的安全范围,分配将低于最优实现函数的下边界进行优化。我们强调自然生态系统区域主要包括所有完整的自然区域,而不是目前只有那些需要保护的关注;这并不意味着保护不包括人类居住和可持续利用。

功能完整性的能力是城市、农业或其他人造生态系统向人们提供生态功能和他们的贡献在景观尺度,补充提供的地球系统NCP大规模完整的自然生态系统区域。我们分析最小数量、质量和距离的自然栖息地和半自然的栖息地需要维护当地地面大会党条款,包括授粉、病虫害控制、水质调控、土壤保护、自然灾害减灾和娱乐。我们确定,至少有20 - 25%不同的半自然的栖息地包括本地物种在人类改进每平方公里土地需要支持多个当地NCP的供应48。确切的数量和质量要求基于景观类型不同,气候和地形;量高达50%的范围可以在一些风景容易受到自然灾害的影响,如陡峭的斜坡或易受侵蚀的土壤。目前这个边界适用于细尺度,提出1公里2,因为NCP不转让(例如,侵蚀或滑坡才能避免自然覆盖相同的斜率),通常提供或由非移动或有限的流动性物种(例如,授粉或pest-regulating昆虫的觅食范围仅限于几百米)。大约三分之二的人类控制的土地面积(大约40%的总土地面积)功能完整性(不足补充的方法),大面积显示弹性丧失的症状49再生实践,要求恢复本地和地球系统的功能。

功能的安全边界完整性降低未来重大伤害(代际正义)。农业生态系统和城市功能完整性的损失低于安全边界会减少粮食生产力、生态系统容量,减轻自然灾害,污染和营养损失和增加依赖有害的农药和杀虫剂和容量选择替代土地用途(intragenerational正义)。依赖这些服务往往更高的地区有更多的弱势群体。特定的干预措施,获得最佳的实现功能完整性有很强的地域性和地方当局,知识和领导力50,政策干预常常需要确保边缘化群体不进一步革职,但考虑到空间来使用他们的知识和方法参与这些过程51。

水

淡水,我们提出两个空间上定义安全ESB基于subglobal边界可以聚合全球范围:(1)流改变ESB对地表水和地下水(2)撤军ESB(表1)。流改变河流淡水生物多样性丧失的主要推动力之一52,导致淡水生物多样性下降超过陆地和海洋的系统53在大规模大会党,如沿海和内陆渔业,数以百万计的人所依赖54,55。局部范围flow-ecology分析通常用于建立环境流需要定义流改变个别水域的安全水平56。这些地方范围内评估可以提供空间明确的安全边界的基础,但世界各地的大多数缺席57。在他们的缺席,我们建议一个既定subglobal安全ESB每月20%的变更(增加或减少)的表面水流较盛行全球河流自然流态得到满足(中扩展的数据表的信心1)。这个ESB叶子流改变以满足环境需求的80%58,59,假设所需的水质标准也见过。ESB支持实证研究显示,流量变化在20%支持原生鱼类和流量改变超出这个水平强烈影响生物多样性和生态系统结构和功能60,61年(补充的方法有额外的引用支持使用这个阈值)。全球对地表水的ESB是100%的土地面积满足subglobal边界通过限制改变在世界上所有的河流流量的20%。会议的全球ESB全球变更预算金额7630公里3每年(补充的方法;高扩展数据表的信心1)。目前全球聚合河流量变化少于这个数字;然而,我们在全球的ESB,因为subglobal安全ESB只是遇到66%的土地面积(表1),不到一半的全球人口(补充的方法)。这些结果符合最近的缺水的分析,突出的挑战会议环境流需求支持生态系统服务,如渔业生产,同时确保有足够的水对人类的需求57,62年。

地下水含水层为基础直接流在许多河流系统和维持湿地和陆地植被。不安全水平的地下水开采时压降超过补给率,影响groundwater-dependent生态系统和在某些情况下,导致地面沉降和不可逆转的含水层的损失12,63年,64年。鉴于地下水补给的时间特性和放电和缺乏历史含水层水平普遍一致的数据,我们提出的安全ESB年度所有含水层地下水下降平均充电,与地下水安全如果压降小于充电。subglobal安全ESB时遇到了对于一个给定的含水层局部压降不超过年平均充电。全球地下水是ESB subglobal ESB是满足所有世界各地的地下蓄水层。2003 - 2016年期间,全球年平均充电大约是16000公里3每年(表1和补充的方法;高扩展数据表的信心1)。地下水开采安全,可能发生在这个边界在地球和自然变化,在可能的情况下,应根据当地范围内定义监控,尽管广泛的趋势也可以决定通过卫星遥感65年。我们估计,目前在全球ESB,因为地下水盆地目前47%的水平下降(表1)。

我们正义的分析强调了安全esb地表水和地下水的挑战(1)多级分布,(2)水水质不安全感和(3)。区域地表水和地下水esb通常在周边社区的长期利益,因为他们未来节约新鲜水(代际正义:I2b盒子1)。含水层枯竭已经造成重大的环境影响在哪里66年、地下水开采迫切应该减少,应该保护恢复含水层和充电区域安全水平(NSH现在代:I2a和I3在盒子里1)。最小化当前代还需要以下重大伤害。(1)占多层次分布表明允许改变社区之间的分配,部门或国家共享水体,无论是直接或间接通过虚拟水。这个配置是特别具有挑战性的,安全的ESB需要用水数量的急剧减少。(2)减少暴露于重大的伤害应该占水不安全感在世界的不同地区。例如,伤害与水环境卫生和个人卫生条件差不成比例地影响幼儿的健康在低收入国家67年,特别是在撒哈拉以南非洲和南亚68年。(3)尽量减少暴露于重大伤害意味着解决地表水质量指南供人类使用69年,而不仅仅是水量的分配。至少,水需要安全的消费和灌溉,这意味着接受粪大肠菌和盐度必须满足标准。我们调整我们(NSH) esb对水安全的esb同时指出坚持边界将大大限制使用和需要当前的政策,以确保公平分配。

这些esb是独立提出了地表水和地下水的绿水股票。绿水股票是至关重要的维持大气水循环,负责监管季节性降水的水平34;可以支持全球农业生产的很大一部分吗70年对水生生态系统的影响比蓝色的水使用71年;和生物圈esb是密切相关的。最近的一项评估38提出了一种空间明确的绿色水边界,确保水文调节陆地生态系统,气候和生物地球化学过程通过定义一个最大允许偏差(干燥或湿润)的土壤水分水平mid-Holocene条件。绿色水的状态变量被定义为无冰的土地面积的百分比在任何月根区土壤水分水平95以外的地方基线的变化。相对应的边界值设置为10%,平均离职级别从mid-Holocene条件。我们组包括这个绿色的水边界安全的esb(表1),但我们限制我们的国际米兰,intragenerational正义分析(I2和I3在盒子里1)表面和地面蓝色的水。

营养物质

我们设置安全esb农业氮(N)和磷(P)盈余减少富营养化的表面水和陆地生态系统由于径流、淋溶和大气N沉积通过氨和氮氧化物排放量(表1)。我们建议安全61年全球范围内esb (35 - 84) Tg N每年农业氮盈余72年每年-9.0和4.5 Tg P农田土壤磷盈余73年,74年(中扩展的数据表的信心1)。这些esb基于最近的论文72年,74年计算subglobal和全球农业养分损失,盈余和输入临界氮和磷浓度的水和空气以外发生富营养化(方法、表1和补充的方法)。这些esb主要与农业,占大约90%的人为N / P地球系统的输入72年,75年。我们的esb是基于农业盈余和损失72年,74年与先前的PB量化比较,尽管(补充的方法),我们也提供相应的全球输入假设当前N / P利用率。这些最新的研究也占非农业来源,假设他们保持在当前水平,营养物质的重新分配over-fertilized under-fertilized地区(补充的方法)。

氮和磷浓度升高造成伤害后果的富营养化生态系统及其服务,如渔业崩溃,有毒化合物释放的藻华72年,76年从ammonia-derived气溶胶和空气污染对健康的影响77年。伤害也会发生从饮用地表水或地下水硝酸盐浓度升高78年但在更高的级别上比安全N浓度表面水的富营养化。我们因此对齐(NSH) esb subglobal N和P subglobal和全球安全的边界,从养分循环破坏人类的伤害主要是由环境恶化。占重要的伤害从地下水硝酸盐收紧全球N边界略57 (34 - 74)Tg N每年(补充的方法)。这些esb应该辅以当地的空气和水污染标准N和P .额外的正义考虑水污染包括缺乏氮和磷肥料,从而威胁粮食安全尤其是低收入社区和国家76年萃取磷酸岩,这是一种有限的资源目前支撑粮食生产但暴露了贫穷和边缘化社区矿业废物,破坏了土地和侵犯人权76年,79年。

气溶胶污染

对于气溶胶,我们提出一个安全的ESB定义的两半球间的差异在气溶胶光学深度(AOD)(表1基于证据表明上升/南北半球的差异会引起对地区级的核引爆点和造成重大负面影响的区域水文循环,除了现有的0.25 - -0.50 PB AOD基于区域的考虑27。我们认为该差异及其自然排放带来的潜在影响,人为排放和平流层气溶胶注入(太阳能工程)。西非季风降水的观测数据80年印度季风和气候建模研究81年已经确定了潜在的位置的变化引发的热带辐合区硫酸盐气溶胶在北半球和南半球之间的差异81年。观察性研究的影响两半球间的大气气溶胶的区别在印度季风缺乏,但观察基于过去的火山喷发和气候模拟研究表明,反映气溶胶浓度的增加在一个半球导致降水减少在同一半球的热带季风区域,同时增加相反的半球80年,82年,83年。观察到南亚季风的变化有很好理解的机制(补充信息)符合两半球间的该差异的影响84年。El Chichon的火山爆发在1980年代(AOD差0.07)和卡特迈(AOD差0.08)提供了实证的例子80年大约0.1和0.2,而模型模拟大气气溶胶差异导致热带季风降水下降的地区85年。两半球间的大气气溶胶的差异及其对热带降水的变化影响敏感的气溶胶粒子大小和反映气溶胶的纬度和高度的分布86年。考虑这一点,这些研究的范围(大约0.05 - -0.20的额外的大气气溶胶的区别),根据我们的评估,这些变化可能会破坏如果两半球间的大气气溶胶的差别,目前大约0.0587年平均大约0.1在北方春季和夏季87年,超过0.15(低信心扩展数据表1由于空气污染)85年或geoengineering-related气溶胶不对称81年,85年(补充的方法)。

从接触气溶胶显著危害人体健康,如颗粒物(PM),表明一个更严格的(NSH)边界基于当地的空气污染标准88年。点和其他气溶胶与呼吸道疾病和过早死亡以及心脏病和哮喘衰弱89年。我们选择一个15 (NSH)边界μg / m3年平均接触点2.5为了避免重大伤害气溶胶(表的可能性高1和支持信息基于世界卫生组织2021年)88年指导方针(表1)和欧盟和美国环境保护署的空气质量标准90年,91年。下午是必要的,因为这样的地方和区域指导2.5特征,如毒性、高度和源特定的地方。百分之八十五的世界人口目前接触点2.5浓度超出这个界限92年和接触周围的点2.5据估计,每年导致420万人死亡89年,弱势群体是影响不成比例的更多,污染更少93年。全球空气污染情况的基础上成功的严格的减排和污染控制显示受感染人群的减少,但高的区域空气污染可能依然存在94年。15μg / m3点2.5浓度为95年,96年大气气溶胶的大约0.17,这表明气溶胶的只是(NSH)边界比安全更严格的区域边界(0.25 - -0.50)(表1)。

小说实体和其他污染物

我们承认地球系统稳定和人类福祉的风险与其他空气和水污染物,已经有广泛接受的指导方针88年,从小说的实体和新兴的威胁,新形式的修改现有的物质和生命形式地质或进化小说,可以大规模的地球物理或生物对地球系统的影响27,97年。证据的不同风险势小说实体,如塑料微粒,永远的化学物质,抗生素、放射性废物、重金属或其他新兴污染物,为地球系统功能和人类健康和食品安全越来越多,但是知识缺口的规模和范围潜在影响依然存在98年。佩尔松et al。97年报道称,人类已经越过了PB小说实体,尽管数据的局限性和量化的挑战甚至小说实体。小说的分化影响实体已经见证了今天在不同人群和长寿命的这些物质提高明确intragenerational和代际正义问题97年,98年。

当前状态

七个八个全球范围内的安全,esb,我们量化已经越过(图。1和表1)。esb的罪过是空间广泛,与两个或两个以上的安全、esb了世界上52%的土地表面,影响全球人口的86%(无花果。3)。一些社区经验很多ESB的过犯,有四个或更多的ESB了全球人口的28%,但只有5%的全球地表(无花果。3)。空间热点罪过因此集中在人口密度较高的区域,提高主要intragenerational正义问题。

图3:当前ESB的过犯的热点。
图3

subglobal气候的数量(两个地方接触边界),功能完整,地表水、地下水、氮、磷和气溶胶安全上犯了罪,esb目前位置。不超过7的8个指标的esb违反任何一个像素。因为全球气候是一个定义ESB中,我们使用湿球的温度超过35°C每年至少1天,位于沿海地区海平面上升(< 5米)暴露于代理为当地气候的罪过,而承认气候变化的影响更多样化。我们也强调,暴露的位置并不一定意味着导致或解决这些环境影响负责。我们邀请读者调查的后果不同的边界值使用代码中的代码可用性信息。

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向一个安全的未来

我们定义和量化安全(NSH) esb维持全球共同利益调节地球的状态,保护其他物种,生成大会党,减少重大危害人类和支持包容人类发展(无花果。1和表1)。因为超过安全界限导致广泛的重大伤害,我们只是和安全esb对齐地表水、地下水,功能完整,自然生态系统区域,磷和氮。满足这些边界没有转变,然而,当前一代可以显著危害。在两种情况下,气溶胶和气候,只是边界比安全更严格的界限,这表明人们经历重大损害之前,地球系统域是不稳定的。

我们确定了subglobal esb,在许多领域,规模相关的行动,避免损失的地球系统的稳定性和减少暴露于巨大的伤害,和全球esb,参考点监测人类影响地球系统的规模。国家、城市、企业和其他主要演员需要设置,实现科学的目标减少环境影响翻译的基础上安全、esb演员公平的股票99年。气候唯一ESB是一个相对完善和实施方法One hundred.,101年正在开发,对其他领域的方法101年,102年。我们强调,esb的补充,而不是搁置环境限制为特定的本地设置:例如,更严格的生物圈边界碳生态系统或有针对性的保护措施保护濒危物种或象征。我们也承认,其他演员可能选择实现目标基于可能性水平比我们有高亮显示(图。1和表1):例如,风险容忍度低于临界点的高风险与1.5°C的安全边界。

我们提供esb作为集成社会和自然科学的进一步细化,提出了PBs的精神在十年前103年。七个八个全球量化esb的交叉和至少两个本地esb在世界的很多地方已经交叉,把人类生计为当前和未来的几代人的风险。不亚于只是全球转换所有esb需要确保人类福祉。这种转换必须系统在能源、食品、城市和其他部门,解决经济、技术、政治和其他司机的地球系统变化,并确保通过减少访问为穷人和重新分配资源的使用。所有证据都表明这将不是一个线性的旅程;它需要一个跳跃在我们的了解正义、经济、技术和服务的全球合作可以促进一个安全的未来。

方法

这个地球委员会的工作是一个输出,一个独立的国际科学评估计划未来的地球(主持https://earthcommission.org/)。这里介绍的合成基于地球的最近的工作委员会;其他科学文献,如PBs;联合国政府间气候变化专门委员会的政府报告,如;和世界卫生组织的指导方针。作为全球共享联盟的科学成分(https://globalcommonsalliance.org/),地球委员会的改变包括提供我们的理论结果对esb的科学目标网络实验室系统的变化和地球总部。

虽然我们承认任何科学评估将包括一些主观性,我们采取了几项措施来确保我们的科学严谨的esb。(1)我们的分析是建立在严格的证据基础(安全的esb和补充的方法)。(2)在可能的情况下,我们确定esb在多个可能性水平(气候变化为0.5°C的可能性低通过气候引爆点,1°C,温和的可能性等等)(表1)。(3)地球的提名程序委员会及其工作小组是一个独立的流程由未来的地球(伦理和包含声明)。(4)我们在ESB评估报告的信心(安全的esb和扩展数据表1)。

安全的esb

我们使用两个主要的方法来设置安全的esb:多个元素的方法和空间聚合的方法。我们描述这些方法在一般条款,技术细节中可用补充的方法。这些边界是旨在保护地球系统稳定和生命支持系统尽可能多的物种,但它们不能保护所有物种或今天所有人类,进一步阐述了在我们的司法分析。

对于气候和生物圈,我们评估了一系列“元素”的关键阈值与每个地球系统域通过文献综述和造型。

  • 气候,我们我们的数据基于这些发现在最近的一次评估气候引爆的元素16结合证据生物圈和冰冻圈功能和古气候变化(补充的方法)。

  • 功能完整性,我们合成的文学领域需要当地NCP安全,包括授粉、病虫害控制、水质调控、土壤保护、自然灾害减灾、生理和心理体验(补充的方法)。

  • 对自然生态系统的区域,我们研究地球系统NCP的碳储量,水流和栖息地避免物种灭绝(补充的方法)。

从这些阈值集,我们确定边界,避免引发气候引爆元素或维护多个本地或地球系统各级ncp的可能性。设置气候边界,我们还用以前的第四纪间冰期的温度范围和温度范围,维持生物圈和冰冻圈功能(补充的方法)。

水分和养分,我们确定subglobal边界相关的这些系统,然后把它们转化成全球范围使用模型或简单的聚合。

  1. (1)

    表面水流动,我们使用了一个新兴共识在文献中设置边界局部范围的变化(增加或减少)表面水流,保护淡水生态系统和渔业(补充的方法全球土地面积)和应用。而安全的改变可以总结全球变更预算,以确保水生生态系统保护,安全的ESB是最好的实现和解释根据subglobal边界。获得每月流的安全水平对全球土地面积变更卷,我们分析了水平衡模型(WBM)运行加上每月气候营力的TerraClimate数据集(补充的方法有进一步的信息)。

  2. (2)

    地下水,我们的方法是基于防止局部含水层水平下降通过设置最高安全年平均压降等于平均充电(补充的方法)。我们估计每年的地下水补给和减少地表区域使用重力恢复与气候实验卫星数据涵盖了从2003年到2016年时期从全球土地加上数据数据同化国家海洋和大气管理局地表模型L4 v.2.1 (补充的方法有更详细的信息)。

  3. (3)

    对于氮,我们使用三个区域环境边界:重大破坏淡水生态系统(从总N径流),地下水饮用性(硝酸浸出)和陆地生态系统(从大气氮沉积由于氨和氮氧化物排放)广地区基于临界浓度限制为每个。我们主要依靠最近的一项研究72年跟进之前的作品74年,104年,105年扩展原始PBs的方法27,103年。本研究使用集成的模型来评估全球环境(图片)模型,推导临界氮subglobal边界损失,盈余和输入基于关键在空气和水的浓度,然后聚合这些全球边界(补充的方法有进一步的信息)。

  4. (4)

    对于磷,我们依靠最近的工作从P literature-derived临界浓度用于避免富营养化径流估计全球P开采边界输入和盈余基于全球预算计算,考虑P回收,人类排泄物,土壤和沉积物保留和全球营养平衡74年,106年。

我们的方法安全气溶胶边界不整齐地融入这些两类,因为我们不同的方法用于subglobal和全球的界限。subglobal安全边界使用PB评估大气气溶胶,避免引爆地区季风系统。我们的全球评估使用最近的文献的后果两半球间的差异在全球季风系统(气溶胶浓度量化esb和补充的方法有进一步的信息)。

作为参考的“安全”地球气候系统的状态,我们使用了间冰期的全新世(也就是说,地球系统的状态自最后一个冰河时代大约11700年前107年,108年。全新世的异常稳定全球气候系统(振荡< 0.5 1°C从全球工业化前14°C平均表面温度)107年全球水文及其配置,初级生产的生物量、生物地球化学循环和地球系统大会党是我们所知的人类发展的基本前提7。我们认为,只有在地球Holocene-like间冰期气候可以继续支持人类福祉,消费行为和人口规模。没有证据表明数十亿人类和复杂的社会可以茁壮成长的其他已知的气候,如冰川冰期或“温室地球”7。

我们确定了边界在不同层次的可能,以反映潜在的科学不确定性和可变性。这些不确定因素包括认知的不确定性边界值为一个特定的地球系统过程或组件,如一个引爆元素;可变性边值在不同的地方;和不确定性时,将多个subglobal边界合并为一个全球边界。在某些情况下,这些水平提出了定性描述符的每个可能性水平;在其他情况下,他们是作为一个中央估计的不确定性范围,取决于可用的证据。

我们的一些边界量化使用评估引爆元素由于触发引爆可以危及地球系统的稳定性。小费一般元素进行变化突然(即速度比强迫),大,难以扭转109年,尽管一个特定的元素可能不同时显示所有三个特征(例如,在参考表4.10。9)。基于引爆我们确定了边界元素,加速或锁在同一地球系统组件或过程的变化,如气候引爆进一步加速气候变化或引发冰盖的不可避免的损失,或者引发引爆另一个地球系统领域内的元素,如磷浓度达到的水平触发富营养化淡水生态系统(表和破坏1)。

安全的esb:信心的水平

我们也评估了水平的信心在我们的安全边界(扩展数据表1)。“信心”在这种情况下可以解读为“的确定性程度”或“有效性的信心”特定的ESB量化。我们使用相同的方案评估和交流信心IPCC110年,111年。两个组件:(1)鲁棒性的证据基础,判断是有限的,媒介或健壮的,考虑到它的类型,数量,质量和一致性和(2)程度的科学协议在同行评议的文献和每个地球委员会工作小组的成员之一,评价低、中或高。基于这两个维度,五个限定符可以用来表达的自信程度在一个特定的ESB量化:非常低,低、中、高、很高。这个自我评估专家的判断基于我们的理解可用的文学。

(NSH) esb

我们采用一个地球系统公正镜头22内在和工具理由。我们表明,一些安全的esb并不足以保护人类和其他物种和生活在今天和我们不能实现esb安全如果不平等是高和资源分布不公正。行为实验公共产品提供的证据表明,公平的观念大大改变这些实验的结果。特别是,个人处于劣势地位坚持公平甚至在巨额亏损的风险这样做;这些实验表明,减缓气候变化可能不能实现如果富裕国家不认为把自己的体重112年,113年。资源池的实验一样,不断上升的收入不平等导致的恶性循环资源过度开采和稀缺性114年。在这样的实验,查看问题的公平规范激励约束的收获115年。司法分析是所有更需要科学走出适用于该域的价值体系,尽管这些往往不透明。

我们的地球系统的上下文中正义的方法22中,我们使用三个正义标准或“3”:种间正义与地球系统稳定(I1)17、代际正义18(I2)和intragenerational正义(I3)。我们研究种间和multispecies正义揭示细节对于这些概念的学术方法,但没有尝试实施这些概念演绎。在我们的研究中,我们结合种间正义与地球系统的稳定性,因为地球系统不稳定破坏非人类物种和电感的确定,通过特定领域(例如,气候、生物圈和气溶胶加载)方法,基于现有的奖学金和边界的逻辑域。过去和现在之间的代际正义指的是正义代现在和未来几代人之间(I2a)和(I2b)。一般来说,尽管并不总是,esb满足I2b标准,因为他们保护后代(I2a)而不是礼物。国与国之间Intragenerational正义(I3)结合了正义19、社区和个人通过一个交点的镜头20.。在不同的司法标准之间的平衡,我们认识到保护子孙后代可能强加许多权衡使用资源的今天,促进intragenerational公正也会提高困难问题如何分享资源,风险和责任。

我们伤害的概念源于司法文学和连接中使用的术语的影响和风险评估文学。例如,政府间气候变化专门委员会的定义116年风险对人类或生态系统潜在的不良后果,包括生活;生计;健康和幸福;经济、社会和文化资产;基础设施;服务;和生态系统。这些风险敞口的结果(人或其他资产的存在在地球系统变化的区域或危险,比如人口居住在海平面附近)和脆弱性(倾向或处置不利影响,如穷人住在摇摇欲坠的房屋或健康状况)。影响是由政府间气候变化专门委员会意识到风险和后果。我们的损害估计大多是基于地球系统变化的暴露在不同的层次。

我们认识四个警告在司法方法应用于本文。(1)虽然住在边界设置在本文是至关重要的,以避免伤害人类的重要部分,他们绝不是保证结果。因为刚刚结束与不公正的手段,可以实现会议这些边界没有转换当前代可以显著危害。(2)而伤害人类造成部分接触到越来越多的生物物理变化,我们也认识到伤害是一个函数的人民社会经济脆弱性和缺乏自适应能力。这是超出了本文的范围。(3)我们的高水平的聚合排除系统分析的分配正义问题的社会群体是最伤害在什么场景。(4)我们没有明确解决可能权衡三个正义标准。例如,政策工具实现“I1”很可能破坏的I3(例如,限制访问资源边际人)。因此,我们呼吁重新分配,责任和赔偿。

每个安全ESB处理略有不同,一些领域看当系统跨越临界点(例如,气候变化),其他人认为临界点穿越过去,试图重现边界允许物种和系统函数(例如,地表水),还有一些人考虑到现有约束这样做(例如,地下水)。尽管建议在安全(I1)方法实现I2b使空间为未来的一代又一代的人类,他们可能不能保证安全对人类今天(I2a;例如,气候变化;因此,我们呼吁更严格的目标),不解决当地人类暴露于污染物(例如,空气污染;因此,我们与当地标准)或补充可能会限制访问资源(因此,要求重新分配26、责任、赔偿等)。最后,虽然I2a有一个明确的时间维度,intragenerational正义有一个明确的空间维度,重点是是否所有人获得最低的资源和服务26;如何国与国之间的分歧或共享稀缺资源,社区和人们和各种正义问题出现的每个域;环境风险是如何蔓延全球,谁是最暴露接触(通过,例如,映射和脆弱性)和责任之间共享不同的演员。

计算人口暴露于不同的气候变化(图2),我们利用文学暴露在不同程度的变暖,海平面上升,以及我们自己的极端高温的计算基于全球气候模型的输出。我们承认,这些包括有限数量的可能的气候变化的影响。

  1. (1)

    海平面上升的预测需要考虑动态过程的复杂性和各种时空尺度不同。特别是一些海平面上升的直接反应贡献者(如内陆冰盖和冰川)全球变暖只是边际由于惯性高但可以更高数量级在纪念时间表。因此,画一个有意义的连接选择的温度水平,导致海平面上升,最近的文献117年,118年采取了双重的方法。短暂意识到整个21世纪海平面上升由池共享社会经济评估途径和代表浓度途径end-of-century场景的稳定温度。这些池(例如,所有场景,最终在2±0.25°C)是用于驱动局部模型的海平面上升,导致估计在2100年不同end-of-century变暖海平面上升稳定水平117年,119年。此外,这些21世纪预测可以补充multi-centennial估计长期以来海平面上升是由冰冻圈的平衡元素和海洋热膨胀120年。在下一步中,评估暴露在这些不同的时间表需要人口预测,可供二十一世纪,但徒劳的时间尺度。为了一致性,因此,我们指的是最近的一项研究,量化的人数目前(基线从纸:2010 68亿人口)居住的土地受到洪水这个世纪或年底multi-centennial时间表,没有通过移民占潜在的适应,沿海防御等等117年。

  2. (2)

    湿球温度(TW)接触计算的历史时期1979 - 2014和共享社会经济途径2 - 4.5 2015 - 2100年未来的场景。湿球温度Davies-Jones后计算121年方法。全球网格温度和相对湿度数据网格间距为1.25°×1.25°每隔6小时下载从bias-corrected全球数据集122年基于18模型的耦合模型相互比较项目6级和欧洲中期天气预报中心5再分析数据集。我们聚合数据创建一个最大程度上的每日TW数据集,然后插值匹配1°×1°空间显式数据的栅格间距为2020年人口分布(最近,全球总77亿人)从联合国WPP-Adjusted人口统计,v.4.11 (ref。123年)。然后我们计算的干湿球接触总结所有细胞的人口数量至少1天最多TW> 35°C。的TW阈值35°C被选为通常被认为是人类的生理极限公差热应力。人体无法正常散热TW= 35°C (ref。124年,125年)。每年平均1天在这个温度每年因此保守的指标在评估人体接触热应力,不占年度变化。然后我们绘制的总人数1天最多TW> 35°C一年对年平均全球变暖与当年建造一个exposure-temperature响应曲线。

  3. (3)

    我们计算流离失所的人数从人类气候利基8在不同级别的变暖,莱顿的方法等。41。接触到的人数计算年平均气温大于29°C以下不同的全球平均温度增加四个不同的共享社会经济的途径。我们使用了缩减规模空间显式的输出耦合模型相互比较项目6级可以从WorldClim v.2.0数据库0.0833°(大约10)决议(可用https://worldclim.org)。暴露人口是基于2010 69亿人口空间分布的历史数据库3.2全球环境数据库126年。29°C的年平均温度阈值被选中,因为它是超出了人类历史上被暴露8。

计算当前subglobal ESB的过犯(无花果。3上述湿球),我们使用数据和低海拔沿海区127年作为气候影响代理,生物圈功能完整性(补充的方法)、地表水和地下水(补充的方法当地安全),超过数和氮盈余和磷浓度(补充的方法),点2.5浓度128年。人口中,我们使用联合国WPP-Adjusted人口计数v.4.11 (ref。123年)。

有许多的不确定性和局限性这正义的分析。人类缺乏足够的数据,全球社区和国家伤害生物物理退化是一个关键的约束。也有相当大的不确定性对影响当前一代又一代,未来几代人,特定国家和社区。在这篇文章中,我们也不访问的量化问题26,探索影响安全的访问只是走廊或讨论为什么很难满足访问没有把我们的治理系统的问题。

伦理和包含声明

地球地球未来咨询委员会委员被选中后,公开呼吁提名与考虑平衡性别、地理区域和专业知识在某种程度上成为可能。工作小组的成员被选中的工作组联合开放后叫和地球委员会的批准,与关注平衡性别、地理区域和专业知识在某种程度上成为可能。

报告总结

进一步研究信息设计是可用的自然投资组合报告总结与这篇文章有关。