冰冻圈储存地球淡水资源 75% 科学体系的建立及发展
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为地球健康作贡献的冰冻圈科学
“一个维持全新世间冰期状态功能的星球，它惠益人类和非人类有机体，并使全人类公平分享自然赋予的福祉、风险，并承担相应责任”。亚健康的地球能否继续惠益巨大的人口，能否保障人类繁衍和生存，是我们面临的重大考题。
地球系统在晚第四纪的 120 万年里，一直处于冰期和间冰期的自然交替。自 18 世纪 50 年代人类社会工业化以来，人类活动造成全球变暖、空气污染、海平面上升和海洋酸化、土地利用变化、淡水资源匮乏、能源短缺、生物多样性下降、冰冻圈退缩等。人类活动导致的这些不良后果导致我们赖以生存的星球上的气候环境和生态系统的稳定性遭受破坏，持续了 1 200 年的全新世的良好生态环境遭到不可逆转的毁损，严重制约了地球支撑人类发展的能力。目前，地球气候环境处在一个临界点，加强地球系统管理，增强地球恢复力是一个选项；如若任其发展，地球将跌入不可逆转的“热室地球”，这是最坏的结局（图 7）。1750 年世界人口为 7.91 亿，1950 年增长到 25.4 亿，2000 年已超过 60 亿，2019 年为 78.15 亿，估计 2050 年将达 100 亿。面对人类世之前 10 倍的人口和每年 1 亿的增长速率，人类迫切需要寻找一条路径，引导地球系统远离潜在的临界点，恢复到末次间冰期时的环境，保障地球健康和人类发展。
Steffen 等在研究地表温度临界点（阈值）时，预估全球温升 1℃—3℃ 时，格陵兰冰盖和山地冰川急剧融化，西南极冰盖崩解，夏季北极海冰消失，海洋的珊瑚礁白化，可见冰冻圈对这一最低临界点最为敏感。IPCC 报告也预估在 21 世纪继续升温背景下，冰冻圈各要素将进一步显著退缩。于是，下列问题值得深思：冰冻圈是地球最大的淡水库，2050 年和 2100 年世界需要至少多少淡水（上限和下限）？冰冻圈可以提供多少淡水才能维系地球健康？冰冻圈是全球气候变化的调控器和启动器，不同温升（如1.5℃、2℃ 和 3℃）条件下，冰冻圈与气候之间的相互作用结果如何？不同温升条件下冰冻圈变化对生态系统和地表环境会有怎样的影响？冰冻圈急剧退缩从不同时空尺度上影响和制约着人类生存和发展，人类社会如何减缓和适应以维持可持续发展？
图 7 地球系统从全新世进入人类世的路径示意图
图中分岔处显示未来地球系统的 2 条不同路径（虚线箭头）：一条路径是目前地球系统正处于温室地球路径上，是人类排放温室气体和生物圈退化等所致。温升超过 ∼2°C 阈值时，地球系统将在其内生的生物地球物理反馈驱动下，进入不可逆的“热室地球”之路；另一条路径是通向稳态地球，这是一条人类创造的反馈引导的地球系统管理之路，将地球引入一个准稳定凹地。
冰冻圈退缩将改变着世界地缘战略格局，冰冻圈发育的核心地区可能将成为大国利益竞争的战略高地，或者成为全球合作的新领域，“人类命运共同体”的理念如何在这里得到体现等，这都是冰冻圈科学需要研究的课题。此外，冰冻圈科学可从气候调节、水源供给和调节、生态调节、灾害防治、适应减缓、区域可持续发展和全球战略等方面入手，联系联合国《2030 年可持续发展议程》的 17 个目标，应对地球面临的集自然与社会问题于一体的挑战，在推动学科新发展，深化冰冻圈科学的内涵的同时，为健康地球作贡献。
人类活动给地球带来了诸多负面影响，如全球变暖、生态系统受损、水资源短缺、土地退化等。冰冻圈作为气候系统圈层之一，其变化与上述现象息息相关。
冰冻圈在地球系统里有不可替代的作用，对全球温升极度敏感。冰冻圈退缩不仅影响着世界经济最发达的中高纬地区的国家和经济体，对中纬度地区的影响也不可低估，加上对海洋的影响，低纬度地区和小岛国家也深受其害。冰冻圈内海量的淡水资源、巨大的相变潜能、广阔的发育空间等，对支持地球生命系统的水资源、能源、食物安全，以及陆地、海洋、生物多样性等关键要素有重要影响。冰冻圈变化既能给人带来损失，也能给予种种惠益。
冰冻圈科学体系的建立和发展，符合国际“未来地球计划”和“地球委员会”倡导的大方向，也是其意义所在。
（作者：秦大河，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室；姚檀栋，中国科学院院士，中国科学院青藏高原研究所所长；丁永建、任贾文，中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室。致谢效存德、李春兰、徐新武和俞杰在成文过程中的帮助。《中国科学院院刊》供稿 ）