第一章 人类世：地球新的地质时代

46亿年前，地球从形成太阳系的原始星云分化出来。地质学家把地球史分为5个地质时代：（1）太古代，46亿～15亿年前；（2）元古代，15亿～6亿年前；（3）古生代，6亿～2.25亿年前；（4）中生代，2.25亿～7000万年前；（5）新生代，7000万年前至今。地质时代可作进一步的划分，分为代—纪—世，每一个地质时代的“代”下分为若干个“纪”，每一个纪下又分为若干个“世”。例如，最新的“代”是7000万年前开始的新生代，它分为三个“纪”：老第三纪，7000万～2500万年前；新第三纪，2500万～300万年前；第四纪是最新的地质时代，它距今300万年，以人类产生为标志，因而又称为“人类纪”。它的拉丁文名称为Anthropogene。每一个“纪”又分为三个世，如第四纪（人类纪）分为：上新世、更新世和人类世（Anthroocene）。也就是说，“人类世”是地质新生代“第四纪”的最新的地质时代。

第一节 地球史：无机地球—生物学地球—人类学地球的发展

今天人类栖居的地球，现实的地球，已经不再是原来的纯粹自然的地球，而是由人类活动改变了的人类学的地球，社会的地球。对现在的地球的称谓，学者从不同的视角已经提出不同的说法。

一 人类学的地球

一百多年前，马克思提出现实的地球是“人类学的自然”概念。在《1844年经济学哲学手稿》中，他提出人类通过工业创造了“人类学的自然界”的思想。他说：“工业是自然界同人之间，因而也是自然科学同人之间的现实的历史关系。因此，如果把工业看成人的本质力量的公开的展示，那么，自然界的人的本质，或者人的自然的本质，也就可以理解了；因此，自然科学将失去它的抽象物质的或者不如说是唯心主义的方向，并且将成为人的科学的基础，正象它现在已经——尽管以异化的形式——成了真正人的生活的基础一样；至于说生活有它的一种基础，科学有它的另一种基础——这根本就是谎言。在人类历史中即在人类社会的产生过程中形成的自然界是人的现实的自然界；因此，通过工业——尽管以异化的形式——形成的自然界，是真正的、人类学的自然界。”

1991年，于光远教授提出“社会的自然”概念。它是为了区别于“天然的自然”而提出的一个新的哲学概念，一个关于新的地球的概念。他说：“有了人类之后，有许多自然物受到社会的影响，打上了社会的烙印，成了具有某种社会性质的东西，产生了‘社会的自然’这样的概念。”

什么是社会的自然？他说：“全部社会的自然物总合起来便是社会的自然。”它主要包括两部分：一、“纳入社会联系系统的自然界”，与人类发生作用，为人所认识的自然界；二、“经过人类活动改造的自然界”，人所改变了的为人类利用的自然界。于光远教授认为，现在的地球是社会的地球。

二 生物学的地球向人类学地球进化

人类学的地球是从生物学地球进化来的。地球从无机地球—生物学地球—人类学地球的进化，我们将在下面进行论述。智慧圈表示这种进化的完成。

1942年，俄国学者维尔纳茨基提出“智慧圈”概念。在《关于智慧圈的几句话》一文中，他提出“人是巨大的地质作用力”的观点。他认为，随着人的出现，生物圈受新的力量——人的智慧的力量的改造，生物圈的自然进程受到破坏，其性质发生变化，从生物圈演化到了新阶段——智慧圈。他说：“智慧圈是生物圈演化的许多阶段中的最新阶段，在地质史上的现在的状态。这一过程的进程只有从过去地质时期的某些方面的研究着手才能揭示出来。”

他说：“智慧圈是地球新的地质现象。在这里，人首次成为巨大的地质力量。他能够而且应该用自己的劳动和思想改造自己的生存领域，与过去的改造相比，这是根本性的改造。也许我们的儿孙辈可以接近智慧圈的繁荣。”

人作为巨大的地质作用力，这是行星级的力量。它引起星球的变化，成为地球进化的新的机制。维尔纳茨基强调，人的智慧——科学思想已经成为地球的新的力量。在这里，人的力量不是由人的生物量决定的，“整个人类总共也不过是地球物质的极小的一部分。他的强大力量不是与他的物质量有关，而是与他的大脑、他的智慧和这种智慧指导下的劳动有关。”

维尔纳茨基认为，人作为巨大的地质作用力是地球进化发展的新的机制。这种作用形成人类成因的大气圈、土壤圈、岩石圈、生物圈、人类圈和智慧圈。它表示人与自然的相互作用加剧，人类已经成为一种重大的地质运动力量，地球进入一个新的地质时代——人类地质时代。

三 “人类世”的地球

2000年，诺贝尔奖得主、德国科学家保罗·克鲁芩指出，现在的地球已经进入一个最新地质时代——“人类世”（Anthroocene）时代。他认为，地球地质的人类世，开端于1784年，即瓦特发明蒸汽机的那一年。工业革命使人类活动速度加快，生产力的高速发展，科学技术的高速发展，已经使人与自然的关系产生了根本性的变化。

1．人类世时代

“人类世”的要点是：

（1）地球已进入它的另一个发展时期——“人类世”。在这一时期人类对环境的影响并不亚于大自然本身的活动。

（2）“人类世”新的地质时代的提出，其主旨是为了提醒人们关注这样一个事实：人类活动正在成为影响和改变地球的主导力量。

（3）今天的地球因为人类文明的影响，已经不再是自然的了，这个改变过程可追溯到工业革命，因此“人类世”新的地质年代应从工业革命时期起始。

2004年8月30日，在“欧洲科学国际论坛”（斯德哥尔摩），保罗·克鲁岑指出：“一系列复杂的人为因素正在快速改变着我们所居住星球的物理、化学、生物之特征，气候变化只是其中人为因素的最明显的后果。”同时，威尔·史蒂芬在该论坛上说：“人类世是一个特殊的纪元，和其他地质时代不一样，其他地质时代在这以前是慢慢变化的，变化的速度比较小，幅度也比较小。而现在我们应该考虑到变化是迅速的、大幅度的，要考虑到它将来的发展，考虑到环境变化中的不稳定性。”他说：“人类世与人类和社会发展初期的平静环境相比有很大不同，我们以后面临的环境会更加不稳定，未来我们面临的将会是巨大的环境动荡。”

2005年4月9日，在“环境与发展——人类世时期的核心挑战”学术报告会（北京大学深圳研究生院）上，保罗·克鲁岑作首场报告，详细阐释“人类世”的发展变化及特点，他说：“在过去的三个世纪，人类数量已经增长了10倍，工业排放量增长了9倍，物种消失速率是人类出现前物种消亡速率的1000倍。”4月13日，保罗·克鲁岑被北京大学授予荣誉教授称号，并作“人类纪——它的化学与气候”学术报告，报告运用大量数据展示在20世纪全球人口、工业、地质的变化和发展，以及由此带来的全球环境状况的巨大变化，经历这种变化，目前的地球已经进入一个全新的发展时期——人类世地质时期。

这里需要指出的是，对克鲁岑的Anthroocene，国内学术界常常写为“人类纪”，我也曾采用这种译法。陈之荣教授指出，这是不确切的。地球的历史发展已经经历五个地质时代，这就是：太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。新生代又分为三个纪：老第三纪、新第三纪和第四纪。“第四纪”是最新的地质时代，它距今300万年，以人类产生为标志，因而又称为“人类纪”，它的拉丁文名称为Anthropogene，又分为三个世：上新世、更新世和人类世（Anthroocene）。也就是说，“人类世”是“人类纪”的下一个层次的地质时代。

人类世形成的机制。人类地质作用具有行星规模的性质，这是从工业革命开始的。因而更新的地质时代应称为“人类世”。中国著名地质学家刘东生院士指出，现在的地球已经进入一个最新地质时代——“人类世”时代。它表示人与自然的相互作用加剧，人类成为一种重要的地质营力。这个时期从农业出现开始，特别是工业革命以来，人类活动成为重要的地球地质系统的力量。它迅速改变地球面貌，环境问题成为代表性问题。例如，南极冰层捕获的大气中二氧化碳和甲烷出现全球性增高。这与英国工业革命时期相吻合，表明地球进入一个新的地质时代。

2．“生态纪元”时代

关于现在的地球的另一个说法是：“生态纪元”。美国生态哲学家，美国生态纪学会主席赫尔曼·格林在《生态社会的召唤》一文中说：我们需要创造一个走向生态纪元的社会，这种创造产生于布莱恩·斯维姆和托马斯·柏励撰写的宇宙故事：“地球共同体的未来，在某种意义上，依赖于人类所做出的决定。人类已经把自己纳入地球过程的遗传密码之中，而且其程度是如此之深。推崇技术纪元的人，把地球看作资源，未来应该增加对地球的利用，所有一切都应该以人类的利益为中心；推崇生态纪元的人，提倡一种新型的人类与地球的关系，地球共同体的整体安宁是其根本的关注。生态纪元的未来可以解决这两者之间所产生的紧张状态。”

“这是一个跳跃点，一个危机的边缘，也是一种伟大的分界线。”

这是生态社会第一个构成板块。

第二个板块：生物区域主义。生物区域意味着把人类作为一个并存的并且与自然的秩序相依存的群体，而不仅仅是把人类看作对生物区域进行统治的群体。人类在生物区域的作用就在于欣赏并且支持生物区域的多样性，以及尊重、维持其活动，包括人类自身部分的功能。

第三个板块：生态特征。地球的特征是，人类同自然界的最亲密的联系。我们在很多方面已经失去了地球的特征。精神世界与自然界已经被分为两种不同的行为秩序。自然界处于一种比较低级的、世俗的现实性，它同比较高级的、永恒的现实性相区别的这种信念，即为了人类的命运而对地球进行开发的信念，已经被赋予合法化的程序而被普遍接受。

生态特征，从宇宙的开创起就有一个精神空间，在这种空间中，宇宙的每一种元素把宇宙当作一个整体是很明显的；地球作为一种客观的精神质量；地球的美丽是地球特征的主题。

3．“人类—生物—地球化学”概念

2004年，笔者从地球化学和生物—地球化学的角度提出“人类—生物—地球化学”概念。这一概念表示，地球产生的46亿年来，已经经历了三个主要阶段。

（1）地球的前生物阶段，地球化学阶段

刚从形成太阳系的原始星云分化出来的原始地球，比现在的地球大得多，是一个性质接近于均匀的球体，自身快速旋转，并绕太阳运转。那是一个没有生命的世界，也没有大气和水。当时温度很低，各种物质混杂在一起，没有出现明显的圈层分化。后来，由于引力收缩和放射性元素蜕变，释放出大量的热，地球温度逐渐升高，使地球物质具有塑性，甚至出现熔融状态。这时，在重力作用下，轻物质上升，重物质下陷，地球物质发生圈层分化。最先分出地核和地幔。地核由重金属组成，由于重金属比重大，下沉到地球的核心。地幔由硅酸盐等较轻的重物质组成，包在地核的外面。再后，从地幔分化出地壳，它由比地幔物质更轻的物质组成。外层地壳进一步分异，分化出岩石圈、水圈和大气圈。地球物质在机械运动、物理运动、化学运动和地质运动作用下不断进化。

（2）生物—地球化学阶段

大约38亿年前，生命在地球上产生，地球进入它的生物发展阶段，生物—地球化学阶段。

关于生命起源，有人认为，“生命源于宇宙，育于地球”。但是有的科学家认为，地球上的物质运动有向生命发展进化的方向性，生命主要是从物质化学运动中产生出来的。它的产生过程大致有三个步骤。

第一步，地球上无机物质如碳、氢、氧、氮等，经过化学运动合成有机物；先是简单的有机物，如甲烷等碳氢化合物产生；进一步由它形成较复杂的有机物，如氨基酸和核苷酸等。这些较复杂的有机物称为生物小分子。这是构成现代生物的原材料。

第二步，由生物小分子形成生物大分子——蛋白质和核酸。这是现代生命的最基本的组成部分。有了生物大分子，就从化学上准备了生命的物质基础。1953年，沃森和克里克发现脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构，为在分子水平上描绘生命蓝图奠定了基础。

第三步，由生命大分子形成原始生命。它是以蛋白质和核酸（或脱氧核糖核酸）为主要成分的多分子体系。这是稳定的生命物质结构，已经具备全部生命的特征，比如能够吸收周围环境的营养物质，进行新陈代谢，并通过分裂不断进行自我更新，从而复制自己。

完成这三步过程，地球上生命也就产生了。有了生命，生命参与对地球的作用，改变地球的面貌，地球发展进入一个新时代。

（3）人类—生物地球化学阶段

大约700万～300万年前，人类在地球上产生，地球进入人和社会发展阶段，人类—生物地球化学阶段。

1871年，英国生物学家达尔文出版《人类的由来》一书，揭示人是从高度发达的类人猿进化来的。由于人具有高度的智慧，以及智慧指导下的劳动，地球上有了人，世界就完全改变了面貌，地球发展进入一个新阶段——人和社会发展阶段。

第二节 “人类世”形成的机制：物理化学机制—生物机制—人类机制

地球物质运动和进化，由地质作用力推动。地质作用力可以分为三类：（1）地球物质运动的物理—化学作用力；（2）地球物质运动的生物—化学作用力；（3）地球物质运动的人和社会作用力。这三种地质作用力是不断进化的，它们一旦产生，就同其他作用力同时存在和共同作用，相互作用和协同作用，作用力彼此加强，使地质作用力不断加强，地质作用力有不断加速的趋势。

一 地球物质运动的物理化学作用力

人类生息的地球，是太阳系已知九大行星之一。46亿年前，它从形成太阳系的原始星云分化出来。刚分化出来的原始地球，比现在的地球大得多，是一个接近于均匀的球体，自身快速地旋转，并绕太阳运转。当时温度很低，各种物质混杂在一起，氢和氦处于气体状态，其他物质以固态存在，还没有出现明显的圈层分化，没有生物和水。后来由于物理重力作用（引力收缩）和放射性元素蜕变，释放大量的热，地球温度不断升高，使地球物质具有塑性，甚至熔融状态。这时在重力作用下，轻物质上升，重物质下沉，地球开始出现圈层分化。大约在45亿年前，地球内部开始分出地核和地幔。地核由铁、镍等重金属组成，由于它们比重大，下沉到地球核心。地幔由硅酸盐等较地核物质为轻的物质组成，包在地核外面。后来，从地幔进一步分化出地壳。地壳由比地幔物质更轻的物质组成。

大约45亿～35亿年前，在地球圈层分化的过程中，从内部释放出一些气体，由于地球的引力，它包围在地球的外面，逐渐形成大气圈。原始大气是还原性大气，它没有氧，主要成分为二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨。

水圈是从大气圈分化出来的。大约35亿年前，地球温度升高后，地球物质中分出水汽，火山爆发也分出水汽。水汽进入大气圈，温度降低后凝成液态水，降落到地面，在原始洼地形成江河湖海。这便是原始水圈。水圈也不断演化，水质、水量都在演化中发生变化，如原始海洋并不像现在这样咸，河流把大量无机盐带到海里，增加了海洋的盐分。

海洋的起源一直是个谜。地球产生于形成太阳的原始星云，那里非常热，有点水就会蒸发掉，因而星云尘埃是干燥的。那么，地球的水是从哪里来的？英国《新科学家》周刊报告说，对形成地球的尘埃的最新研究表明，地球形成时就有水，水就在形成地球的基础材料之中。科学家发现，形成地球的尘埃颗粒对水具有顽强的吸附力，尽管温度很高，它们仍能牢牢抓住水分子，让水分子离开尘埃颗粒需要极高的能量。根据模型，尘埃颗粒能够在高达630摄氏度的气温下抓住水分子，在形成地球时足以保留住水分。当尘埃聚集成地球时，压力和气温越来越高，最终使水从尘埃颗粒中分离出来形成江河湖海。

地球初期，物理—化学作用是地球物质运动的主要形式。它推动生命的产生。

地球化学运动作为推动地球物质进化的主要运动形式，推动地球化学过程，促成化学元素的产生和进化，包括化学元素的迁移、转化、富集和再生；化合物的合成、分解、变化和再生；最后，有机物、生物分子和生命的产生。

地球上有110种化学元素（2003年）。它们分布在岩石、矿物、土壤、水、大气和生物体内，大多数以化合物的形式存在，并不断地在物质运动中迁移、转化和富集，形成无机化学循环过程，又称“地质小循环”过程。

地球化学循环的生命意义是：它导致一定的地球化学运动和化学平衡，推动地球物质的有机进化，是生命在地球上产生的重要机制。

地球生命起源，现在仍然是一个谜，谜底至今还没有揭开。

有人认为，地球上的生命来自宇宙太空。生命是永恒的，它没有起源的问题。因为在地球之外，在宇宙太空的物质中，已经发现许多复杂的有机分子。此外，有特创论、无生源说、有生源说，等等。

最近英国《新科学家》周刊报告说，生命可能起源于海底火山喷发，深海海底的热液口是孕育早期生命的摇篮。日本东京大学一个研究小组发现，海底热液口能将含有铁、铜和硫黄的矿物质从地壳深处带到海底。这些矿物质含有大量电子，并形成电流，这种电流成为细菌的能量来源。虽然这里没有氧气，但二氧化碳可以代替氧气的作用。这样，二氧化碳直接转变为碳基分子，成为早期地球海底的复杂有机分子——这也许就是生命最初的化学形式。

我们赞同地球化学进化创造了生命的看法。

30多亿年前，地球原始的岩石圈、水圈和大气圈的物质，在强烈的太阳辐射的作用下，进行物质和能量交换，地球物质发生化学变化。经过漫长岁月的变化，在地球各个圈层的交界面，在原始海洋中产生原始生命。

科学家推断，地球上生命产生的过程大致有三大步骤。

第一步，无机物碳、氢、氧、氮等合成有机物。先是简单的有机物，如甲烷等碳氢化合物；进一步形成较复杂的有机物，如氨基酸和核苷酸等。这些较复杂的有机物称为生物小分子。它们是构成现代生物的原始材料。

第二步，生物小分子形成生物大分子——蛋白质和核酸。这是现代生命最基本的组成部分。

第三步，生物大分子形成原始生命。它是以蛋白质和核酸或脱氧核糖核酸为主要成分的多分子体系。这是稳定的生命物质结构，已经具备全部生命的特征，比如能够吸收周围环境的营养物质，进行新陈代谢，并通过分裂不断进行自我更新，从而复制自己。学术界把它称为“有生命的原生质”，或生命“团聚体”。完成这三步，地球上的生命也就产生了。

二 地球物质运动的生物地质作用力

地球化学运动推动生命产生，从地球化学过程向生物—地球化学过程发展，从无机地球化学过程向生物地球化学过程转变，再向地球生态过程转变。

地球生态过程，是地球上动物、植物、微生物与环境相互作用的过程。这一过程从植物的光合作用开始，植物通过光合作用利用太阳能，把水和二氧化碳及其他物质转变为碳水化合物，使太阳能变为地球有效能量，供人和其他生物利用。通过生态过程，植物积累的太阳能和生命物质，被动物一级一级地利用、传递和转移，最后被微生物分解，重新释放到环境中，重新为植物所利用。这样，地球上的能量和物质，通过食物链不断运动，形成物质循环、能量流动、信息传输的过程。这是一种无废料生产过程，或废物还原、废物利用的过程。它导致生态系统中化学元素的转化和再生，生命营养物质的转化和再生，环境资源的转化和再生，从而使自然系统朝有序的进化方向发展，使之成为无限发展的系统。

这种基本生态过程，是地球生命支持系统的最重要方面。迄今为止，除了太阳能发电是人类对太阳能的利用，光合作用是直接利用太阳能的唯一形式，人和其他生物都靠植物积聚的太阳能为生。如果没有这一过程，那么人和其他生命都要死亡，因而它具有至关重要的价值。

在生物地球化学过程中，生命活动参与地球化学循环，物质和能量通过食物链流动，最后被微生物分解回到环境中。这种物质运动具有循环的性质，称为“生物地球化学循环”，又称“地质大循环”。这种过程的价值，我们以碳循环为例。

碳（C），是地球上最重要的物质。所有生命形式都以碳元素为核心，它是生命物质中最重要的元素。在大气和水中，它以二氧化碳的形式存在，是地壳生物地球化学循环中最重要的化合物。它参与岩石、土壤、生物、大气和海洋之间的物质循环。

碳循环从植物的光合作用开始，包括如下的过程：（1）物质生产过程。大气中的二氧化碳，在光合作用中被植物吸收，转化成各种形式的碳水化合物，即植物生产过程。（2）物质消费过程。动物消费植物（碳水化合物），植物中的碳转移到动物体内；同时动物的呼吸过程，它吸氧呼出二氧化碳，碳回到环境中。（3）物质分解过程。植物生产过程和动物消费过程中积累的碳，在生物排泄或死亡后被微生物分解，二氧化碳回到环境中。（4）碳的矿化过程。环境中的碳和一部分生物有机体经过成矿作用，碳储藏在煤、石油、天然气等矿藏和碳酸盐沉积物中。它可能以化石燃料自燃、火山爆发和地震等方式释放到环境中。以上是自然进行的生物地球化学循环。人类活动产生新的过程。（5）工业过程。矿化的碳被人类从地下挖掘出来，作为燃料或材料，燃烧和使用后释放出二氧化碳返回到环境中。上述过程中返回环境中的二氧化碳重新被植物利用。这是一个不断循环的过程。它是生命生存的条件。但是，只有正常的碳循环才有生命的永恒发展。人类活动释放过多的二氧化碳，损害碳平衡，导致地球增温，被认为是人类第一号环境问题。

此外，氮循环、氧循环、氢循环，以及硫、磷、钾、钙、铁、镁、钠等所有生命元素，都不断地在生物与环境之间，以上述碳循环相似的形式不断地进行。

生物地球化学循环是地球生命的新的机制，维尔纳茨基称之为“活物质的地质作用”。他说：“从地球化学的观点来看，活的有机体不是地壳化学组织中的偶然事件，它们是构成地壳最重要的和不可分割的部分。它们跟地壳上的无机物、矿物和岩石有密切的联系。”生物的地球化学作用创造了地球上适宜生命生存的条件，例如，生物创造了现代大气圈，含氧大气是植物光合作用的结果，它使还原性大气变为氧化性大气；生物参与现代水圈的形成，水中作为生命条件的氧和二氧化碳等成分，是生命活动的结果；生物参与土壤圈的形成，为土壤提供腐殖质和有机物；生物活动促进岩石圈的演化，包括沉积岩和其他生物性岩石的形成，煤、石油、天然气，以及硫、磷、铁、硅等矿床的形成。“活物质以自己的影响遍及整个地壳化学，影响地壳几乎所有元素的地球化学史。”

生物地球化学循环，既是物质运动的一种形式，又为生命的生存和发展创造条件，是地球生命的生存机制，生命是地球物质化学运动的产物。

三 地球物质运动的人类地质作用力

地球物质化学运动推动生命产生，生物—地质作用力推动生物进化，以及从生物到人的进化，其中劳动在从猿到人的发展中起关键作用。人类产生，人类劳动，促使地球从生物地球化学过程到人类—生物地球化学过程的进化。

人是自然界的一部分，是自然界的发展或展开。人类活动对地球过程发生重要作用，完全改变了原生自然的地球和原生生态系统，特别是世界工业化和现代科学技术的发展对地球的作用，产生了“社会的自然”，或“人类学的自然”，地球进化进入了新阶段——“人类世”地质时代。

工业革命以来，地球化学循环有不断加速的趋势，主要是人类活动参与地球化学循环，它不仅加速地球化学过程，而且产生了新的地球化学循环形式。上面我们说到，20世纪40年代，维尔纳茨基提出“人的地质作用”和“智慧圈”概念，深刻地阐明人类对地球的作用。他认为，“人类正在成为强大的地质力量。”人对地球的作用，包括对整个地壳，如岩石圈、大气圈、水圈、土壤圈、生物圈的作用，对地壳生物地球化学过程的作用。这又一次根本改变地球的面貌，形成地球的一个新的圈层——人类圈或智慧圈。这是人类智慧以及智慧指导下的劳动对地球发生作用的领域。

人类劳动改变天然的物质、能量和信息的结构或形态，使之成为人类可以利用的结构和形态，在天然自然的基础上创造了“人工自然物”“人工自然”或“人类学的自然”；人类劳动改变自然生态系统，在自然生态系统的基础上创造“人工生态系统”，如人造森林、牧场、养殖生态系统、农田生态系统，等等。人类在自然价值基础上创造的人工自然价值和社会自然价值，如城市、乡村、工厂、矿山、道路、机场及其上的所有设备，工业、农业、服务业、知识产业的生产体系，这些生产过程制造的产品，等等。这是文化价值。它是人类改造自然从而适应自然的产物。它表明人类的价值，又使自然价值加速进化、不断增殖，是迄今自然价值发展的最高阶段。

从地球化学循环的角度，这是从生物地球化学循环到人类—生物地球化学循环的转变。一方面，它推动地球物质的化学进化和生命进化；另一方面，它可能产生严重的不良后果，特别是工业生产发展，加大矿物开采和利用，加快化石燃料燃烧，加速合成和使用大量新的化合物，把各种各样的化学元素释放到环境中，改变原有的地球化学循环和地球化学平衡，形成新的地球化学过程，例如，可能破坏对人和生命生存至关重要的碳平衡、氧平衡和其他化学元素与化学过程的平衡。这完全有必要引起人们的严重关切。

第三节 人类世“地球新突变期”对人类的挑战

地质作用力推动地壳运动和变化，总是地质渐变与突变交替进行。地质渐变是地质缓慢、逐渐、连续的变化；地质突变是地质能量极大爆发，引起地质突然变化，连续过程中断的急剧变化，又称“地质灾变”。它在地质史上出现很少，又称“稀有事件”。

一 地球史上的“地质突变”

地质学家根据地质记录，特别是地层中古生物化石表示的生物物种大灭绝的记录，表明有四次地球突变期或四次地质灾变期：（1）20亿年前，太古代与元古代交界时期的地质突变；（2）6亿年前，元古代与古生代交界时期的地质突变；（3）2.3亿年前，古生代与中生代交界时期的地质突变；（4）7000万年前，古生代与新生代交界时期，以恐龙灭绝为标志的地质突变。这是四次地球大的地质灾变期。在大的地质突变期内，可能有次一级的地质突变期。

地质灾变是地球进化的动力。它对生态进化具有重大作用，是地球生态进化的主要形式。地质灾变现象的研究，导致重新编写地球生物的演化历史，具有重大的生物学意义。

二 “地球新突变期”

人类世“地球新突变期”是次一级的突变期。地质学家认为，它是从18世纪工业革命后开始的。

人类以自己的劳动改变地球的面貌，引起地球的变化。在地球新生代的第四纪即“人类纪”，最早的几百万年的时间里，由于人口数量不多，拥有的力量很有限，仅仅引起地球缓慢连续的变化。18世纪工业革命以来，人类数量急剧增加，应用现代科学技术的伟大力量改造地球，逐渐成为一种强大的地质力量——行星规模的地质力。这种力量的作用，包括人对地壳岩石圈的作用、人对土壤圈的作用、人对水圈的作用、人对大气圈的作用、人对生物圈的作用，等等，人类创造了新的地球，导致地球新突变期的出现。

我们以地球化学为例。地球化学循环，或生物—地球化学循环，在自然的情况下进行不会出现问题，因为这一过程非常缓慢，经历数十亿年形成生物—地球化学平衡，生物获得了适应性，成为生命生存的条件。但是，人类作为地球上最重要、最有力量的生命形式，运用现代科学技术的伟大力量，参与对自然的作用，改变原有的生物—地球化学平衡，形成新的生物—地球化学过程——“人类—生物地球化学过程”。这在世界工业化以来就出问题了。

中国科学院地球物理所陈之荣教授发表文章提出“地球新突变期”的看法。他认为，当代地球正处于新突变期，是“人类与自然界的逆向巨变期”。新突变期的三大标志是：“全球问题的出现、基本循环功能的严重失调和地球结构畸变。”

地球新突变期出现的机制是由人的地质作用、人类生存方式或人类文化发展决定的，是人类掠夺自然的生存方式，人类反自然的文化导致的结果，是人类文化不良后果的表现。

三 地球新突变期的挑战

地球新突变，以及它对人类生存的挑战，主要以生态危机或环境问题的形式表现。现在它已经具有行星规模，即生态危机是全球性问题。

1．生态危机挑战

21世纪的生态危机或环境问题，已经有别于20世纪的情形。20世纪生态危机或环境问题的主要特点，我在《创造美好的生态环境》一书中曾经用近90页的篇幅进行了分析，主要是四个方面：

（1）环境问题是一个政治问题，它由资本对人和自然的剥削而产生，损害了人与自然的利益。世界环境保护从一场政治运动起步，它表示人民大众对环境问题的觉醒，保护环境从社会生活的边缘走向中心，成为社会的中心问题。它促进环境科学研究和环境保护事业的产生与发展。

（2）世界环境从区域性污染扩展为全球性环境问题，主要有水污染和水资源短缺；大气污染和能源短缺、能源危机；森林滥伐和草地退化；矿产资源短缺和重金属污染；土地退化和粮食短缺问题。这些问题之所以成为全球性问题，是因为，第一，环境污染和生态破坏在全球范围出现，地球资源库出现全面赤字。第二，环境问题的影响，涉及全世界人民，不仅危害人的健康，而且全面制约经济—社会的发展，危及人类的未来；它不仅影响人类生存，而且影响全球所有生物物种，以及地球上整个生态系统，影响全球自然平衡和地球生物—地球化学平衡。

（3）环境问题的形成主要是由人类活动所引起的，不是指个人或区域的人类活动，而是指全球的人类活动，是在人类价值观指导下，由运用现代科学技术的生产方式和生活方式决定的。在人类政治—经济—文化全球化综合作用下，出现人类社会和地球自然界的全球变化。

（4）环境问题的解决需要全人类采取一致行动，共同作出努力，通过世界上所有国家和人民的努力，充分发挥国际合作的力量，经过长期的努力才能得到解决。

21世纪，生态危机或环境问题已经发生变化，例如发达国家对环境保护作出了巨大的努力，调动国家的力量，投入巨资、运用高科技手段和先进设备对废弃物进行净化处理，那里的大气污染、水污染、固体废弃物污染和生态破坏已有所控制，环境质量有了改善。但是，就全球范围而言，生态危机或环境问题仍然呈继续恶化的趋势，特别是发展中国家伴随工业化的进程，产生了严重的环境污染、生态破坏和资源短缺问题。

2．地球增温问题的全球性挑战

就世界而言，现在主要关注的环境问题，是二氧化碳排放量增加导致地球增温而引起的一系列问题。

工业化以前，大气中二氧化碳含量为0.028%。20世纪下半叶以来，每年进入大气的二氧化碳有1500亿吨以上，使大气中二氧化碳含量从0.0330%增加到0.0379%。2000～2006年，二氧化碳年排放量达2340亿吨，2010年大气中二氧化碳含量已经超过0.0387%，如果得不到控制，未来20年可能达到0.0500%。这是一个非常危险的数字。大气中二氧化碳浓度增加，导致地球增温，引起全球严重的环境灾难。

虽然二氧化碳排放量增加导致地球增温以及它的环境后果的问题，学术界仍然有几种不同的看法，但是，多数科学家认为问题是非常严重的。

例如，地球平均气温上升，地球冰川加速融化，两极冰山加速融化，已有确实的数据。科学家报告说，如果不减少二氧化碳排放，21世纪内全球气温升高1.5摄氏度至4摄氏度，水平面上升0.8～1.8米，海平面继续上升，一些岛国和沿海地带将成为泽国。丹麦作家著《100个即将消失的地方》（2010）一书，说全球气候变化给地球上100个地方造成巨大威胁。如果人类不采取相应的行动，只要世界平均气温上升2摄氏度，从威尼斯、巴黎到曼谷、东京，从好望角、爱琴海到天山冰川、亚马孙雨林，都将面临灭顶之灾，那些美丽的自然风光，那些悠久的文明古城，那些与人类长期为伴的物种，都将不再存在。

例如，菲律宾的马尼拉的大部分可能位于1米深的水下，雅加达、湄公河三角洲、孟加拉国及我国东部沿海城市等地，将需要撤离大多数居民，会出现全球难民潮。海平面上升（可能还有地面沉降），有11个最大的三角洲约26万平方公里遭受严重洪涝灾害，包括黄河三角洲、上海所在长江三角洲、广州所在珠江三角洲，以及埃及尼罗河三角洲、泰国湄南河三角洲、法国罗纳河（亦称罗讷河）三角洲、美国密西西比河三角洲、孟加拉国恒河三角洲、缅甸伊洛瓦底江三角洲、越南湄公河三角洲，洪水、风暴等灾害将造成数以亿计的“气候难民”。

地球增温导致气候带改变，包括降水、作物产量、海平面等可能有重大改变。灾害性天气增加，将严重损害人类经济—社会利益，严重损害生命和自然界利益。

科学家报告说，地球增温使化学现象与气候之间复杂的相互作用关系发生变化，不仅使空气和水质更容易受到污染，使一些地区污染更加严重，环境更容易遭到破坏，而且地球增温导致有毒化学物质变得更容易挥发，更容易随风飘散，并使化学物质毒性增强，使农药残留、重金属和家用化学品的危险性变得更大，首先对野生生物，以及家养动物造成毒害，最后对人类生命造成毒害。例如，北冰洋中正在融化的海冰使与大气接触的海水增加，使北冰洋海水中有毒化学物质更容易进入空气，使北冰洋地区的空气污染更加严重。

鉴于气候变化的因素非常复杂，后果有许多不确定性，它的趋势又难以预测，应对策略涉及世界经济—社会发展，涉及人类利益的许多方面，常常又是互相矛盾的。这是当今世界科学和人类实践面临的一个大难题。

此外，英国皇家学会研究人员发现，地球气候变冷或变暖的时期，不仅没有阻碍我们的发展，反而是极其有利的。全球气候变化的五个关键时期促进人类社会和基因加速演变，实际上推动人类进化。伦敦自然历史博物馆克里斯·斯特林格教授说：“气候变化是人类进化的一个重要因素。气候变化所创造的条件促使我们的早期祖先从树上下来，然后走出非洲，分散到全球各地。正是由于气候变化才有了今天的我们。”剑桥大学里安农·史蒂文斯教授说：“令科学家感兴趣的问题是，有越来越多的证据表明，人类进化和气候变化在过去数十万年的时间里是密不可分的。”

3．地球面临“第六次大灭绝”吗

2011年，英国查尔斯王储警告说，世界面临“第六次灭绝事件”。他说，拥有40亿年历史的地球已经经历了五次物种灭绝，在前五次大灭绝中，每次都有3/4以上的动物种类灭绝。最近的一次发生在6500万年前，造成恐龙的灭绝。每次发生大灭绝以后，生命需要花费成百上千万年的时间才能恢复。他说：“我们正在见证被有些人称作‘第六次大灭绝’的事件——从对土地与日俱增的需求到各类污染的破坏效应，受种种压力的影响，地球至关重要的生物多样性在继续大幅度下降。”他说：除非人类改变生活方式，停止大规模消费、遏制失控的气候变化并不再毁灭野生生物，否则人类将面临灭绝。

4．人类安全问题的新挑战

“人类安全问题”是历史地发展的，安全威胁从来自人类个体到群体，从种族、民族和国家到全人类；安全威胁从来自自然界，例如野兽和天灾等种种自然灾害，到来自社会本身。现代“安全”概念，主要指“国家安全”。它主要限于军事和经济—政治领域，国家安全主要取决于军事和政治优势，军事和国家实力是国家安全的支柱或基石。当今世界人类安全面临许多方面的挑战。在全球化的历史背景下，出现了新的形势，它要求国家安全观念、安全目标和安全范围的扩展，从传统政治安全和军事安全领域，拓宽到经济、科学技术、生态、社会和文化等领域，提出“新安全观”。

（1）“生态安全”是国家安全的新目标

上述“生态危机威胁”“地球增温的全球性挑战”，是生态安全问题的一个方面。2006年，笔者出版《生态安全》一书，分10章阐述生态安全问题，它们是：生态安全概念；生态安全问题的全球性挑战；四大生命系统的安全：安全与风险同在；三大环境系统安全：机会与挑战并存；生态安全与政治安全的关系；生态安全与经济安全的关系；发展科学技术与生态安全的关系；人类共同的安全：战争、和平与发展问题；生态安全：全球化时代的国家目标；从生态危机走向生态安全：人与自然和谐发展。

（2）食品，正在挑战人类安全底线

“民以食为天”。食品关系到人类的健康和安全。2008年“三聚氰胺事件”，震惊中国和世界。6月28日，兰州市的解放军第一医院，收治首例患“肾结石”病症的婴儿，家长们反映，孩子从出生起就一直食用三鹿集团生产的三鹿牌婴幼儿奶粉。随后短短两个多月，该医院收治的患婴人数就迅速增加到14名。9月11日，除甘肃外，陕西、宁夏、湖南、湖北、山东、安徽、江西、江苏等地都有类似案例发生。9月13日，卫生部在“三鹿牌婴幼儿配方奶粉重大安全事故”情况发布会上指出，这是一起重大的食品安全事故。三鹿牌奶粉中检出所含有的三聚氰胺，是为了保证原料奶或奶粉的蛋白含量而人为添加的。这是一种有害有毒的化合物。截至9月15日8时，全国医疗机构共接诊、筛查食用三鹿牌婴幼儿奶粉的婴幼儿近万名，临床诊断患儿1253名，其中6名已死亡；最后普查受到奶粉影响的儿童达到3000万，国家损失20亿元。

问题在于，“三鹿奶粉事件”不是个案。例如：

——日本毒饺子事件。2008年初，中国出口日本的“毒饺子”事件引发了中国的食品安全危机。

——2004年4月30日，安徽省阜阳市，由于被喂食几乎完全没有营养的劣质奶粉，13名婴儿夭折，近200名婴儿患上严重营养不良症。

——2001年3月至9月，广东河源一个饲料公司，购买和使用“瘦肉精”（盐酸克伦特罗），生产猪用混合饲料，生产瘦肉猪投放市场，导致河源484名市民因食肉中毒。2006年9月，一批来自浙江海盐县的瘦肉精超标猪肉和内脏导致上海9个区336人中毒。

——食品工厂化生产，大型养猪场，混合饲料添加各种化学催长剂，出产的猪四个月就催大了；养鸡的工厂，用混合饲料添加各种化学催长剂，三十多天后就可以出栏售卖或生蛋；塑料大棚蔬菜，或反季节蔬菜，使用过量化肥、农药和催长剂生产，西红柿为了长途运输利于保存，没有成熟就采摘，为了它有鲜红亮丽的色彩便使用化学试剂，如此等等，人们对肉、蛋、奶和各种蔬菜的安全性有疑虑，这是自然的。

——2010年3月“毒豇豆”事件。武汉市宣布，有3.5吨来自三亚的豇豆，它含剧毒杀虫剂水胺硫磷。接着，南方市场也发现这种有毒豇豆。

——2010年3月9日《中国日报》报道，中国国家食品药品监督管理局对全国各地的餐饮企业发出禁用“地沟油”的紧急通知。武汉工业学院何东平教授表示，每年全国有200万～300万吨“地沟油”回流餐桌，占一年食用油消耗2350万吨的约10%。“地沟油”是来自餐厨的废弃油脂。餐厨废油每吨成本约1000元，每吨提取0.8吨食用油，加工成本300多元，按市场食用油价格每吨6000元计，1吨“地沟油”的利润2000元。这是200%的高额利润。但是，它含有毒性强烈的致癌物质黄曲霉素，这导致严重的食品安全问题。

——2011年连连发生食品安全事件，食品添加剂问题一再曝光。例如，餐馆饭菜美味靠的是“一滴香”；漯河双汇“瘦肉精事件”使号称中国肉制品第一品牌的双汇受到重创；超市“染色”馒头使用有色素的增白剂；大米加了石蜡，火腿里有敌敌畏，鸭蛋黄用苏丹红着色，火锅里有福尔马林，银耳里有硫黄，牛奶里有三聚氰胺。此外，苏丹红、吊白块、孔雀石绿、毒大米、麦乐鸡、激素奶、加碘盐、反式脂肪酸、转基因、地沟油、铁酱油、漂白蘑、火锅红、膨大剂、塑化剂，等等。现在人们使用食物有了危险。

报道说，我国商品分类中的食品添加剂共有35类，具体类别如下：增味剂、消泡剂、膨松剂、着色剂、护色剂、乳化剂、酶制剂、被膜剂、防腐剂、稳定剂、甜味剂、螯合剂、消毒剂、固化剂、填容剂、代盐剂、还原剂、助滤剂、抗氧化剂、食品香料、酸度调节剂、营养强化剂、微生物制剂、抗结和干燥剂，漂白、氧化剂，胶姆糖基础剂、增稠和胶凝剂、溶剂和助溶剂、保水和保湿剂、黏结和增塑剂、盐类品质改进剂、面团质量改进剂，防黏、脱模和润滑剂等。

目前我国共有食品添加剂2500种，含添加剂的食品达万种以上。如富强粉中加入增白剂过氧化苯甲酰；生产面包使用溴酸钾、碘酸钾等面团改良剂；生产饼干加入膨松剂亚硫酸或焦亚硫酸钠；方便面中添加防腐剂和抗氧化剂；肉制品生产中的发色剂亚硝酸盐；食用油中添加的抗氧化剂等。中国的食品安全问题，已经触及了道德底线！

食品安全是世界性问题。日本是食品安全声誉较好的国家，也频发食品安全事件。据报道，一种原料为魔芋的果冻，自1995年这种果冻进入市场以来，已致17人窒息死亡，死者多为儿童和老人。2008年，“水银大米”曝光的同时，“问题大米事件”仍在延烧。“水银大米”是东京大学大学院农学生命研究科附属农场，出售使用违禁农药（含水银的醋酸苯汞农药）生产的大米，有3.6吨水银残留超标的大米在市场销售。日本“问题大米”和“污染大米倒卖事件”，是大阪市三笠食品公司，将限用于工业用途的发霉或农药残留超标的大米，伪装成食用大米在市场销售转卖以赢利，流入的单位已从早前公布的375家增加为390家。记者报道说，“问题大米”正在挑战食品安全底线。

食品不安全，呼吸的空气不安全，饮用水也不安全。报道说，在地球上喝受污染的水，导致每天有10万人患上心脑血管疾病，每天有20万人患上各种结石病，每天有30万人患上各种肝炎，地球上每年有500万人因喝受污染的水而失去生命，有的还不到5岁。

我国饮用水中发现化学污染物有97种，致突变、致肿瘤或有毒污染物质133种。我国现有30.6%的人饮用地面水，而地面水成为疾病传染的主要媒介，肝炎、痢疾、伤寒等传染病有一半以上是因饮水不洁而造成的。有69.4%的人饮用地下水，其中饮用浅井水的占57.8%，深井水的占11.6%。饮用浅井水易得传染病，而饮深井水易得地方性疾病（如克山病、大骨节病、甲亢等）。我国有2亿多人饮用自来水，占26.9%。在大城市中，经过完全处理的“饮用水”占12.9%；还有3.8亿人靠挑江、河、湖水吃。全国约有7000万人饮用高氟水，约有3000万人饮用高硝酸盐水，约有5000万人饮用高氟化物水，约有1.1亿人饮用高硬度水。国人饮水安全成了问题。

呼吸清洁的空气，喝干净的水，食用健康食品，这是人类生存的基本需要。现在满足这种基本需要也成了问题。

（3）人类作为一个物种，它的生存已经受到威胁

大气中二氧化碳含量大量增加，只是影响大气质量和结构平衡的一个方面。人类—生物地球化学过程可能改变人和生命在地球上生存至关重要的整个化学平衡，如地球的氧平衡、碳平衡、氮和硫平衡及其他化学元素的平衡。问题在于，200多年的时间里发生的、改变生物地球化学平衡的这种变化，与数十亿年形成的生物地球化学平衡相比较，是一种极大的、质的变化，即“地球新突变”。它对人类生存构成挑战，提出了人类安全的问题。这不仅是指人类个体和群体的健康与安全问题，更严重的是人类作为一个物种的安全问题。

例如，人类工业生产制造数十亿吨纯金属，这是自然过程所没有的，是人类的创造。由于其生产和使用，许多重金属元素被释放到环境中，经呼吸、饮水和食物链进入人体，并在体内积累和起作用，改变人与自然的重金属元素平衡，引起“重金属污染”问题。

人类的化学工业，合成的化学物质已有700多万种，正在使用的有6万～8万种，每年有数千种新的化学物质投放市场。它们也是自然过程中所没有的。这些元素和化合物的生产和使用，参与生物—地球化学循环，极大地改变生物地球化学平衡，并形成人类—生物地球化学过程。它可能改变人和生命在地球上生存至关重要的化学平衡，如地球的氧平衡、碳平衡、硫和其他化学元素的平衡。

外国记者报道说：我们的星球沐浴在合成化学物中，有毒分子通过附着的灰尘粒子随风四处飘扬，没有什么人或什么地方的食品供给能免于污染，无论多么遥远。例如，在北极圈的荒远村庄，因纽特人的母亲们的血液中携带着大量聚氯联二苯和汞，如果她们的奶汁由食品药品管理局评估，将被归类为“危险垃圾”。

2010年，美国疾病控制和预防中心对2400人进行调查，在他们的血液和尿液中发现148种特定的有毒化合物。每个受试者体内都含有几十种这类毒素，儿童携带的化学物剂量要比成人更大。2004年，在一次国际健康会议上，对来自13个欧盟国家的环境部长的血液检查中，发现所有人的血液都被合成化合物污染了，它们来自比萨包装盒、农药、塑料、香料和工业溶剂。在五次大型公开调查中，数千名志愿者的血液和尿液中发现，每个人体内平均携带700种从食品、水和空气中吸收的合成化学物。

这里的问题在于，两百多年的时间里发生的、改变生物地球化学平衡的这种变化，与数十亿年形成的生物地球化学平衡相比较，是一种极大的变化。这许多化学元素和新的化合物，通过食物链或呼吸和饮水进入人体内，在人体内积累。但是，人不能适应这种变化，这导致人的体质下降，人的健康指数下降，产生各种各样的“公害病”。科学家评论说：“化学品威胁是对人类的终极威胁，比炸弹和战争还要糟糕，你无法躲藏，它存在于这个世界的每个角落。”

这是有关人类个体安全的问题。另一类问题，人类作为一个物种的安全问题，人的生育能力下降。

科学家报告说，男性精子数呈大幅度减少和质量下降的趋势，10年减少近三分之一，精子数量下降超出人们的想象，畸形劣质精子比例增大，引起全球关注。这是生物物种退化的自然过程吗？英国科学家的研究结论是：20世纪40年代，成年男性每毫升精液中平均含精子1.3亿个；90年代初，下降到8700万个；这个平均数又下降了29%，降至6200万个，少于2000万个的男性比例多达15%。男性每毫升精液中精子个数应该超过6000万个方可使卵子受精，拿此杠杠画条线，意味着15%的成年男性成了“废人”。世界自然保护基金会顾问G．黎央斯看了报告后说：“环境保护运动的每个成员都倒抽一口气说：‘我的上帝，万一这样怎么办？'”我们到了要保护人种安全的时候了吗？

2010年3月1日，美国发表一份研究报告称，一种最常见的除草剂——莠去津，使青蛙遭到化学阉割，雄性青蛙90%睾丸激素水平偏低，繁殖器官偏小，发育雄性化，精子数量减少，繁殖能力降低；其余10%的雄性青蛙发育成雌性，与雌性交配并产卵，这些卵发育成的幼子都是雄性的。此前的研究发现，莠去津会使斑马鱼和豹皮蛙雌性化，导致雄性大马哈鱼和凯门鳄的精子量大量减少。研究报告指出：“莠去津污染与人类的精子数量少、质量差以及生育能力减弱有着极为密切的关系。”

大家知道，恐龙曾经统治地球达2亿年之久，6000万年前它突然灭绝了。关于它灭绝的原因，现在还没有一致的看法。有一种情况，现在发现的恐龙蛋化石一个一个地方的密集地存在。这是由于恐龙物种自然退化，它的蛋已经不能孵化出小恐龙而导致灭绝的吗？

人的生育能力下降，这可能是“人类—生物地球化学循环”带来的新问题。它对人类安全提出严重挑战。

也就是说，人类参与对自然的作用，改变原有的地球化学平衡，形成新的生物地球化学过程——“人类—生物地球化学过程”。这是地球生态系统进化的质变。从地球化学的角度，人类社会实践创造了新的地球化学过程——“人类—生物—地球化学”循环过程。地球化学运动已经从无机地球化学循环—有机地球化学循环—生物地球化学循环—人类生物地球化学循环的发展，地球化学运动进入了一个新的地质时代。人类创造了新的地球，地球发展进入新的地质时代。在新的地质时代，我们需要有新的关于地球的研究，需要有新的地球科学。这是地球科学发展的需要，也是人类在地球上安全地生存和发展的需要。