图注：气候变化正在将飓风推向极端。2018 年，飓风迈克尔（在此数字增强图像中显示）成为第一个登陆佛罗里达狭长地带的 5 级飓风。 （图片来源：罗伯托·马查多·诺亚/盖蒂图片社）

一项全新的研究表明，人类不仅使地球变暖，而且使气候变得混乱。

这项新研究于 4 月 21 日发布到预印本数据库arXiv（在新标签中打开），描绘了人类活动对气候的全部潜在影响的广泛而一般的图景。而且画面也不好看。

研究作者、科学家们表示，虽然这项研究并未提供对气候模型的完整模拟，但它确实描绘了如果我们不遏制气候变化和我们不加限制地使用化石燃料，我们将走向何方在葡萄牙波尔图大学物理和天文学系。

气候变化的影响是众所周知的（干旱、热浪、极端现象等）。如果地球系统进入混乱行为区域，我们将失去以某种方式解决问题的所有希望。

地球周期性地经历气候模式的巨大变化，从一个稳定的平衡转变为另一个。这些变化通常是由外部因素驱动的，例如地球轨道的变化或火山活动的大规模激增。但过去的研究表明，我们现在正在进入一个由人类活动驱动的新阶段。随着人类将更多的碳排放到大气中，我们正在创造一个新的人类世时代，一个受人类影响的气候系统时期，这是我们的星球从未经历过的。

在这项新研究中，研究人员将人类世的引入模拟为相变。大多数人都熟悉材料中的相变，例如当冰块通过融化成水而从固体变为液体时，或者当水蒸发成气体时。但相变也发生在其他系统中。在这种情况下，系统是地球的气候。给定的气候提供了规律的和可预测的季节和天气，气候的相变导致了新的季节和天气模式。当气候经历相变时，这意味着地球正在经历一场突然而迅速的模式变化。

如果人类活动正在推动地球气候的相变，那意味着我们正在使地球发展出一套新的天气模式。这些模式将是什么样子是气候科学最紧迫的问题之一。

地球气候将走向何方？这在很大程度上取决于我们未来几十年的活动。研究人员在研究中写道，例如，大幅减少碳排放会导致与完全不改变不同的结果。

为了解释人类可能做出的不同轨迹和选择，研究人员使用了一种称为逻辑图的数学工具。逻辑图非常适合描述某些变量（例如大气中的碳含量）可以增长但自然会达到极限的情况。例如，科学家经常使用逻辑图来描述动物种群：动物可以继续生育，增加数量，但是当它们消耗环境中的所有食物时（或者它们的捕食者太饿并吃掉它们），它们就会达到极限。

我们对环境的影响肯定在增长，而且已经持续了一个多世纪。但据研究人员称，它自然会达到一个极限。例如，人口只能增长这么多，只能进行这么多的碳排放活动；污染最终会破坏环境。在未来的某个时间点，碳输出将达到最大极限，研究人员发现，逻辑图可以很好地捕捉到该碳输出的未来轨迹。

研究人员探索了人类逻辑地图可能演变的不同方式，这取决于各种因素，如我们的人口、碳减排战略的引入以及更好、更有效的技术。一旦他们发现人类的碳输出将如何随时间演变，他们就会用它来检查地球气候将如何通过人类驱动的相变演变。

在最好的情况下，一旦人类达到碳排放的极限，地球的气候就会稳定在一个新的、更高的平均温度上。这种更高的温度总体上对人类不利，因为它仍然会导致更高的海平面和更多的极端天气事件。但至少它是稳定的：人类世看起来像以前的气候时代，只是更暖和，它仍然会有规律和可重复的天气模式。

但在最坏的情况下，研究人员发现地球的气候会导致混乱。没错，数学混乱。在混沌系统中，没有平衡，也没有可重复的模式。一个混乱的气候会有一个十年到十年（甚至一年到一年）剧烈变化的季节。有些年份会突然出现极端天气，而有些年份会完全安静。甚至地球的平均温度也可能剧烈波动，在相对较短的时间内从较冷的时期变为较热的时期。完全不可能确定地球气候的走向。

混乱的行为意味着即使我们非常确定地知道地球系统的现状，也无法预测未来地球系统的行为。这将意味着任何控制地球系统并将其推向有利于生物圈宜居性的平衡状态的能力都将丧失。

最令人担忧的是，研究人员发现，在地球大气层的某个临界阈值温度之上，一个反馈循环可能会启动，此时混乱的结果将变得不可避免。有一些迹象表明我们可能已经过了这个临界点，但现在避免气候灾难还为时不晚。