圖註：氣候變化正在將颶風推向極端。2018 年，颶風麥可（在此數字增強圖像中顯示）成為第一個登陸佛羅里達狹長地帶的 5 級颶風。 （圖片來源：羅伯托·馬查多·諾亞/蓋蒂圖片社）

一項全新的研究表明，人類不僅使地球變暖，而且使氣候變得混亂。

這項新研究於 4 月 21 日發布到預印本資料庫arXiv（在新標籤中打開），描繪了人類活動對氣候的全部潛在影響的廣泛而一般的圖景。而且畫面也不好看。

研究作者、科學家們表示，雖然這項研究並未提供對氣候模型的完整模擬，但它確實描繪了如果我們不遏制氣候變化和我們不加限制地使用化石燃料，我們將走向何方在葡萄牙波爾圖大學物理和天文學系。

氣候變化的影響是眾所周知的（乾旱、熱浪、極端現象等）。如果地球系統進入混亂行為區域，我們將失去以某種方式解決問題的所有希望。

氣候變化

地球周期性地經歷氣候模式的巨大變化，從一個穩定的平衡轉變為另一個。這些變化通常是由外部因素驅動的，例如地球軌道的變化或火山活動的大規模激增。但過去的研究表明，我們現在正在進入一個由人類活動驅動的新階段。隨著人類將更多的碳排放到大氣中，我們正在創造一個新的人類世時代，一個受人類影響的氣候系統時期，這是我們的星球從未經歷過的。

在這項新研究中，研究人員將人類世的引入模擬為相變。大多數人都熟悉材料中的相變，例如當冰塊通過融化成水而從固體變為液體時，或者當水蒸發成氣體時。但相變也發生在其他系統中。在這種情況下，系統是地球的氣候。給定的氣候提供了規律的和可預測的季節和天氣，氣候的相變導致了新的季節和天氣模式。當氣候經歷相變時，這代表著地球正在經歷一場突然而迅速的模式變化。

物流問題

如果人類活動正在推動地球氣候的相變，那代表著我們正在使地球發展出一套新的天氣模式。這些模式將是什麼樣子是氣候科學最緊迫的問題之一。

地球氣候將走向何方？這在很大程度上取決於我們未來幾十年的活動。研究人員在研究中寫道，例如，大幅減少碳排放會導致與完全不改變不同的結果。

為了解釋人類可能做出的不同軌跡和選擇，研究人員使用了一種稱為邏輯圖的數學工具。邏輯圖非常適合描述某些變量（例如大氣中的碳含量）可以增長但自然會達到極限的情況。例如，科學家經常使用邏輯圖來描述動物種群：動物可以繼續生育，增加數量，但是當它們消耗環境中的所有食物時（或者它們的捕食者太餓並吃掉它們），它們就會達到極限。

我們對環境的影響肯定在增長，而且已經持續了一個多世紀。但據研究人員稱，它自然會達到一個極限。例如，人口只能增長這麼多，只能進行這麼多的碳排放活動；污染最終會破壞環境。在未來的某個時間點，碳輸出將達到最大極限，研究人員發現，邏輯圖可以很好地捕捉到該碳輸出的未來軌跡。

一切都是混亂

研究人員探索了人類邏輯地圖可能演變的不同方式，這取決於各種因素，如我們的人口、碳減排戰略的引入以及更好、更有效的技術。一旦他們發現人類的碳輸出將如何隨時間演變，他們就會用它來檢查地球氣候將如何通過人類驅動的相變演變。

在最好的情況下，一旦人類達到碳排放的極限，地球的氣候就會穩定在一個新的、更高的平均溫度上。這種更高的溫度總體上對人類不利，因為它仍然會導致更高的海平面和更多的極端天氣事件。但至少它是穩定的：人類世看起來像以前的氣候時代，只是更暖和，它仍然會有規律和可重複的天氣模式。

但在最壞的情況下，研究人員發現地球的氣候會導致混亂。沒錯，數學混亂。在混沌系統中，沒有平衡，也沒有可重複的模式。一個混亂的氣候會有一個十年到十年（甚至一年到一年）劇烈變化的季節。有些年份會突然出現極端天氣，而有些年份會完全安靜。甚至地球的平均溫度也可能劇烈波動，在相對較短的時間內從較冷的時期變為較熱的時期。完全不可能確定地球氣候的走向。

混亂的行為代表著即使我們非常確定地知道地球系統的現狀，也無法預測未來地球系統的行為。這將代表著任何控制地球系統並將其推向有利於生物圈宜居性的平衡狀態的能力都將喪失。

最令人擔憂的是，研究人員發現，在地球大氣層的某個臨界閾值溫度之上，一個反饋循環可能會啟動，此時混亂的結果將變得不可避免。有一些跡象表明我們可能已經過了這個臨界點，但現在避免氣候災難還為時不晚。