21世纪的环境问题之所以是独一无二的，是因为其影响范围真正是全球性，而不仅仅是局部性或区域性的。尤为严重的是，我们目前所面临的环境问题很有可能是持续不断、甚至是不可逆转的，因此仅仅在实践中接受教训已远远不够。当地球成为我们的实验室时，在我们进行全球规模的实验以前，需要预见实验的结果。

本书为美国John Brockman公司组织世界著名科学家撰写，并由John Brockman公司组织全世界26家出版商分别推出的一套反映世纪之交科学前沿问题的《科学大师佳作丛书》之一。

本书针对地球环境与人类发展的热门话题，融会了地质学、生态学、大气科学、生物学、能源技术、化学、农学、海洋学、政治科学、经济学乃至心理学等知识，从气候与生命的进化，到温室效应的情景，全面阐述了地球与人类的相互作用，以及人类系统解决全球环境危机问题的各种对策。这是一本值得一读的科普读物。

前言

引言　这是一个尺度问题

第一章　有机的与非生命的地球：一种动态的结合

第二章　气候和生命的共同进化

第三章　是什么引起气候变化

第四章　模拟人类引起的全球气候变化

第五章　生物多样性和鸟类的斗争

第六章　对政策选择的综合评估

还记得20世纪60年代末宇航员拍摄的那些让人大开眼界的著名的地球全景照片吗？照片上白云环绕在点缀着白色冰盖和红色沙漠的蓝色地球上，螺旋形风暴格外醒目，其大小以方圆1000千米左右来度量，相当于美国新英格兰地区的规模。那是人们观察大气层的一种方式。对于一个在强气流中旅行的乘客来说，由于飞机在太空中的强烈颠簸，他会觉得大气的作用应以数百米来度量。而对于一个热气球乘客来说，他可以看到一滴滴雨滴或一片片雪花从面前飘过，因而可以断定他对大气的认识是在毫米级的微观尺度上。在某种意义上，上述观察结果都是“正确”的。这取决于你想要观察的对象以及观察的方法的不同。

比如，我们也许观察到风暴来临的天空中大片乌云从东向西飘移。难道这就意味着我们头顶上的风暴是从东向西移动？当晚电视天气新闻的卫星云图上，我们可以看到，尽管在那一时刻局部的风向确实是由东到西，但总体上风暴却是由西向东移动。我们局部观察的结果并没有错，就像我们有关宏观尺度的假说也没有错一样。为了准确把握大范围的天气情况，我们需要一张较大尺寸的气象照片。或者，诚如普林斯顿大学的数学生态学家Simon Levin曾经指出的：人们对世界的看法迥然不同源自于人们藉以观察世界的窗口大小的不同。

用一种尺度来观察事物，然后将结果延伸到另一种尺度的事物上并下结论，这是我所知的无谓至极的一些争论的根源。无论是在人与人之间的关系上，还是在神秘的科学争论中，均是如此。

围绕多种科学现象的发生，大自然体现出了其丰富的空间尺度及其相互作用。时间尺度也是丰富多样的。凭经验我们知道风在吹，水在流，但地球充满活力的部分并不限于这些。我们“固态”的地球并不是坚固的，在时间和空间上它并不是永远不变的。事实上，作为对自然引力的响应，陆地也在运动。后面我们将看到，大陆的漂移也会对气候和生命带来重大的影响。

诸如地震、滑坡或冰川等局部地球运动现象是可以在短暂人生的时间框架内进行观察的。除此之外，一些主要的、大陆规模的地球运动会长达数千年到数百万年不等，需要具备特殊工具和创新方法才能对这类运动加以观察。“固态”地球是如何与空气、水和生命发生相互作用的，这对于将地球作为一个系统来认识是重要的。

即使人类对云层的微观物理学特征有较深入的了解，但这种认识本身并不会给我们以太空的宏观尺度所观察到的地球天气行为提供太多的解释依据。因此，在讨论天气、气候、生态社会及环境变化时，我们应选取什么样的尺度？

由于我们本身的视野十分有限，我们个人的经验不足以让我们观察到整个大自然的重要现象。在这里，我们需要借助地球系统科学家这一更大集体的观察和推论，来打开了解我们周围丰富多彩的大自然的窗口。

研究结果与研究方法

有一些学者认为，没有深入的研究，我们对事物的认识就将是肤浅的，在这批人当中一直弥漫着一种紧张情绪。确实，工业革命以来，学术的以及经济的成就是以专业分化为标志的。但是，越来越多的学者认为，如果缺乏对所要解决的问题的一种宏观认识，各个派生的分支学科或许不会给我们提供了解或解决实际问题所需的必要素材。面对一个问题，是仅仅强调专而深的研究手段，还是强调通过各分支学科的综合研究来予以解决，学者们长期以来对此争论不休。在我看来，这种争论是没有意义的。(对于强调跨学科综合研究者来说，综合研究意味着要给职业带来一定风险，因为问题的解决常常意味着要在学科的交叉点锐意创新，这样一来，研究者就无法在某一狭窄的领域中，保证拥有足够的创造力以取得在该学科中“受人尊敬”的地位。)不管双方的争论有多么激烈，将研究结果与其研究方法(或者微观与宏观)对立起来是一种愚蠢的、错误的逻辑二分法行为。我们显然需要大量各种尺度的研究结果来避免认识上的肤浅，需要综合众多研究方法来迎接现实世界各种问题的挑战。

尽管由于篇幅的限制，我在这里无法对所有相关领域进行一次专题讨论，但我将尽可能详尽地挖掘大量与环境有关的内容，来阐述我们业已掌握的有关气候变化的知识及其生态学和社会学意义。我还会指出，在全球环境论争中哪些气候变化的结论是推测出来的。我将利用实际环境与经济平衡的研究方法来帮助选择一组有代表性的研究结果。

人类并不是最近才意识到污染会降低环境质量。数个世纪以前，末加控制的煤的燃烧导致伦敦烟雾事件，那时人们就已意识到了这一点。遗憾的是，环境历史上的这一不幸正在现代中国的一些布满烟尘的城市重演。再前翻数个世纪，遭剥蚀的山坡的泥土流失给了亚洲人痛苦的教训，虽然他们意识到在进行农业生产和森林砍伐时必须辅以谨慎的保护措施。所有上述教训具有两个共同特点：一是发生的范围是局部或区域尺度的；二是都在事后(当破坏已非常明显时)才被发现的。21世纪的环境问题之所以是独一无二的，是因为其影响范围真正是全球性，而不仅仅是局部性或区域性的。尤为严重的是，我们目前所面临的环境问题很有可能是持续不断、甚至是不可逆转的，因此仅仅在实践中接受教训已远远不够。当地球成为我们的实验室时，在我们进行全球规模的实验以前，需要预见实验的结果。最起码这一点应该是我们将要在本书中讨论的地球系统科学的理论基础。P3-6

自中西文明发生碰撞以来，百余年的中国现代文化建设即无可避免地担负起双重使命。梳理和探究西方文明的根源及脉络，已成为我们理解并提升自身要义的借镜，整理和传承中国文明的传统，更是我们实现并弘扬自身价值的根本。此二者的交汇，乃是塑造现代中国之精神品格的必由进路。世纪出版集团倾力编辑世纪人文系列丛书之宗旨亦在于此。

世纪人文系列丛书包涵“世纪文库”、“世纪前沿”、“袖珍经典”、“大学经典”及“开放人文”五个界面，各成系列，相得益彰。

“厘清西方思想脉络，更新中国学术传统”，为“世纪文库”之编辑指针。文库分为中西两大书系。中学书系由清末民初开始，全面整理中国近现代以来的学术著作，以期为今人反思现代中国的社会和精神处境铺建思考的进阶；西学书系旨在从西方文明的整体进程出发，系统译介自古希腊罗马以降的经典文献，借此展现西方思想传统的生发流变过程，从而为我们返回现代中国之核心问题奠定坚实的文本基础。与之呼应，“世纪前沿”着重关注二战以来全球范围内学术思想的重要论题与最新进展，展示各学科领域的新近成果和当代文化思潮演化的各种向度。“袖珍经典”则以相对简约的形式，收录名家大师们在体裁和风格上独具特色的经典作品，阐幽发微，意趣兼得。

遵循现代人文教育和公民教育的理念，秉承“通达民情，化育人心”的中国传统教育精神，“大学经典”依据中西文明传统的知识谱系及其价值内涵，将人类历史上具有人文内涵的经典作品编辑成为大学教育的基础读本，应时代所需，顺时势所趋，为塑造现代中国人的人文素养、公民意识和国家精神倾力尽心。“开放人文”旨在提供全景式的人文阅读平台，从文学、历史、艺术、科学等多个面向调动读者的阅读愉悦，寓学于乐，寓乐于心，为广大读者陶冶心性，培植情操。

“大学之道，在明明德，在新民，在止于至善”(《大学》)。温古知今，止于至善，是人类得以理解生命价值的人文情怀，亦是文明得以传承和发展的精神契机。欲实现中华民族的伟大复兴，必先培育中华民族的文化精神；由此，我们深知现代中国出版人的职责所在，以我之不懈努力，做一代又一代中国人的文化脊梁。

上海世纪出版集团

世纪人文系列丛书编辑委员会

2005年1月