溫室氣體排放量的增加只是我們在地球上繼續(xù)存在的幾個嚴重的全球威脅之一，而減少溫室氣體排放是《巴黎協(xié)定》和聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標等國際協(xié)議的核心。IIASA 研究人員與烏克蘭同事一起采取了一種新穎的方法來進一步了解地球負擔及其由人類活動排放引起的動態(tài)。

為了更好地了解人類活動的負擔及其對地球的動態(tài)，特別是它與溫室氣體(GHG) 排放量持續(xù)增加和全球變暖的影響有關(guān)，來自 IIASA 和烏克蘭利沃夫國立理工大學的研究人員，從“應(yīng)力-應(yīng)變”的角度解決問題。超越傳統(tǒng)的教科書知識，該團隊在他們的模型中引入了表征系統(tǒng)的三個參數(shù)：延遲時間、內(nèi)存和持久性。

系統(tǒng)建立記憶的能力可以理解為它在其自然機制內(nèi)做出反應(yīng)的能力，或者，如果記憶的建立受到限制，則可以理解為未來全球系統(tǒng)故障的衡量標準。隨著記憶達到高水平的利用，這種能力會大大下降。在這方面，作者指出，大約 60% 的地球記憶在 1959 年之前已經(jīng)被利用。持久性是指行星過程的鎖定程度，使得放松系統(tǒng)變得越來越困難。

在所有條件相同的情況下，這三個參數(shù)僅取決于地球系統(tǒng)的特征流變(粘彈性)行為，并允許對該系統(tǒng)進行更深入、更新穎的洞察。研究人員將人造溫室氣體排放到大氣中，特別是二氧化碳(CO 2 ) 視為地球系統(tǒng)的壓力源，并根據(jù)壓力-應(yīng)變單位調(diào)查了地球的狀況。這一觀點超越了碳界通常采用的全球碳質(zhì)量平衡觀點，后者被廣泛稱為評估地球未來是否適合生命生存的黃金標準。

研究人員從 1959 年至 2015 年期間化石燃料燃燒和土地使用產(chǎn)生的 CO 2排放造成的壓力開始，證實從全球觀察者的角度來看，大氣中的 CO 2濃度在此期間增加得相當快。與此同時，據(jù)報道，自 1990 年以來，對流層大氣每十年變暖和膨脹約 15 至 20 米，而部分碳已(相當緩慢地)鎖定在陸地和海洋中。大氣的膨脹和碳在所謂的碳匯中的吸收一起被稱為大氣-陸地和海洋碳系統(tǒng)的整體應(yīng)變響應(yīng)。

根據(jù)作者的說法，尚不清楚較慢的過程(匯吸收碳)與較快的過程(大氣膨脹)的可逆性和發(fā)散性如何。然而，眾所周知的是，前一個過程記住了后者的影響，后者在前面運行。這導致研究人員提出了三個問題，即：這種全球規(guī)模的記憶——地球的記憶——可以量化嗎?損耗程度如何?而且，地球的記憶是否允許對其持久性進行量化，推測兩者并不相互獨立?

為了回答這些問題，作者讓“記憶”可以追溯到 1850 年，假設(shè)在那之前人類活動的壓力為零。他們發(fā)現(xiàn)，自 1850 年以來，大氣、陸地和海洋系統(tǒng)在持久性方面逐漸被困住(即，放松系統(tǒng)將變得越來越困難)，而其建立記憶的能力已經(jīng)降低。伴隨著對記憶的利用，該研究發(fā)現(xiàn)，自 1850 年以來，持久性所針對的極限值增加了大約 2 到 3 倍，如果 CO 2排放量像以前一樣在全球范圍內(nèi)繼續(xù)釋放，預計還會進一步增加。

“大氣、陸地和海洋碳系統(tǒng)比人們普遍認為的要脆弱得多。根據(jù)我們研究中的應(yīng)力應(yīng)變洞察，我們預計大氣、陸地和海洋碳系統(tǒng)可能會被迫脫離其自然狀態(tài)。 2050 年之前，如果當前的排放趨勢沒有立即和可持續(xù)地逆轉(zhuǎn)。這些見解獨立于任何外部目標值，例如通過全球變化研究證明的溫度目標，并表明應(yīng)對措施的時間窗口，包括緩解和適應(yīng)，比我們想象的要短得多，”該研究的主要作者馬蒂亞斯喬納斯說，他是 IIASA 人類-自然系統(tǒng)研究小組探索性建模的高級研究員。

作者指出，盡管他們的研究重點是大氣、陸地和海洋碳系統(tǒng)，但他們遵循的應(yīng)力-應(yīng)變方法不應(yīng)被視為基于質(zhì)量平衡的碳循環(huán)模型的附錄。相反，它應(yīng)該被視為一個獨立模型，屬于簡化但仍然具有洞察力的模型套件，為保護復雜的三維氣候和全球變化模型提供了巨大的好處，其中應(yīng)力-應(yīng)變模型目前不可用。