我猜想，下面這種現象已是司空見慣：當你終於能夠實現年輕時代的某些夢想時，你或許對這些東西已沒有什麽渴望了。很顯然，人們的看法因時而異。在我的學生時代，每當完成一篇20頁左右的“長篇”作業之前，總要經歷數星期的不安。數十年後，作為一個已有約2萬頁著述的作傢，我又經歷了數月的更深的焦慮——為了將圍繞全球環境變化這一主題的異常復雜的科學、技術和政策論爭的要點塞滿這本130頁左右的“短篇”書本之中。
我要感謝我的代理人約翰·布羅剋曼（John Brockman）。他不僅讓我有機會通過這短暫的寫作來開闊思路，而且他組織的《科學大師佳作係列》深入淺出，讓人們有機會瞭解當今一些重要科學問題的實質和意義。該叢書編寫嚴謹，既要有科學問題與政策論爭的對比，也要有主、客觀兩方面的評論，還要求通俗、簡潔，這對我是個很大的挑戰。
雖然我作了勇敢的嘗試，本書最初幾稿仍顯得過於冗長，有時還給人一種零亂的感覺。編輯的評語以及傑裏·萊昂斯（JerryLyons）、雅剋·格林瓦爾德（Jacques Grinevald）、斯圖爾特·皮姆（Stuart Plmm）、羅素·伯剋（Russell Burk。）、拉裏·古爾登（I－ar－rg Goulder）和理查德·曼寧（Richard Manning）等人的科學評論幫我指出了上述問題。同時我要感謝科普作傢喬爾·舒爾金（JoelShurkin），是他同意承擔了編輯的工作。在他那婦熟的（偶爾也是痛苦的）編輯加工之後，一本邏輯上更合理和更緊湊易懂的著作得以呈現在讀者面前。我珍惜從沙倫·康納頓（Sharon Conarton）那裏獲得的對人類心靈的洞察力，因為我深信，如果我們中太多的人沉溺於過多的自我否認，那是無法解决那些難以察覺的地球危機問題。我還要感謝德布拉·薩剋斯（Debra Sacks），是她對幾個初稿進行了高效的文字處理工作，並愉快地滿足了苛刻的最後期限。卡捷琳娜·基沃（Katerina Kivel）承擔了文字編校工作，在此一並致谢。
我的兩個孩子，麗貝卡（Rebecca）和亞當（Adam），早飯時經常面對的是一個由於寫作和編輯到深夜而兩眼惺鬆的父親，他們會提醒我這個做父親的，僅僅在幾個小時之前，我還在堅持讓他們睡個好覺，以保證有一個健康的體魄和機敏的頭腦。然而不知怎的，這個有着堅韌意志的作傢父親自己，卻奇怪他忘掉了這個建設。我充滿愛意地接受了他們對於我投身這項工作所給予的支持。我還要感謝我事業和生活的伴侶——特裏·魯特（Terry Root），每當我在壓力之下絞盡腦汁難以决斷之時，她總是及時奉獻出她可靠的觀點。甚至當我在養神而顯得無所事事的時候，她選擇的是不打擾我，以免給我增添壓力，這尤使我感激。我們需要一種共同協商的工作節奏來自由自在地完成我們的作品，我的夫人則幫助我認識到了這一點。不管怎樣，本書就在這種背景下完成了。獻上本書的同時，筆者期望至少有部分讀者因閱讀本書而激發起進一步探索地球奧秘的熱情，希冀絶大多數讀者都將因此樹立參與解决地球危機問題的信心。
我要感謝我的代理人約翰·布羅剋曼（John Brockman）。他不僅讓我有機會通過這短暫的寫作來開闊思路，而且他組織的《科學大師佳作係列》深入淺出，讓人們有機會瞭解當今一些重要科學問題的實質和意義。該叢書編寫嚴謹，既要有科學問題與政策論爭的對比，也要有主、客觀兩方面的評論，還要求通俗、簡潔，這對我是個很大的挑戰。
雖然我作了勇敢的嘗試，本書最初幾稿仍顯得過於冗長，有時還給人一種零亂的感覺。編輯的評語以及傑裏·萊昂斯（JerryLyons）、雅剋·格林瓦爾德（Jacques Grinevald）、斯圖爾特·皮姆（Stuart Plmm）、羅素·伯剋（Russell Burk。）、拉裏·古爾登（I－ar－rg Goulder）和理查德·曼寧（Richard Manning）等人的科學評論幫我指出了上述問題。同時我要感謝科普作傢喬爾·舒爾金（JoelShurkin），是他同意承擔了編輯的工作。在他那婦熟的（偶爾也是痛苦的）編輯加工之後，一本邏輯上更合理和更緊湊易懂的著作得以呈現在讀者面前。我珍惜從沙倫·康納頓（Sharon Conarton）那裏獲得的對人類心靈的洞察力，因為我深信，如果我們中太多的人沉溺於過多的自我否認，那是無法解决那些難以察覺的地球危機問題。我還要感謝德布拉·薩剋斯（Debra Sacks），是她對幾個初稿進行了高效的文字處理工作，並愉快地滿足了苛刻的最後期限。卡捷琳娜·基沃（Katerina Kivel）承擔了文字編校工作，在此一並致谢。
我的兩個孩子，麗貝卡（Rebecca）和亞當（Adam），早飯時經常面對的是一個由於寫作和編輯到深夜而兩眼惺鬆的父親，他們會提醒我這個做父親的，僅僅在幾個小時之前，我還在堅持讓他們睡個好覺，以保證有一個健康的體魄和機敏的頭腦。然而不知怎的，這個有着堅韌意志的作傢父親自己，卻奇怪他忘掉了這個建設。我充滿愛意地接受了他們對於我投身這項工作所給予的支持。我還要感謝我事業和生活的伴侶——特裏·魯特（Terry Root），每當我在壓力之下絞盡腦汁難以决斷之時，她總是及時奉獻出她可靠的觀點。甚至當我在養神而顯得無所事事的時候，她選擇的是不打擾我，以免給我增添壓力，這尤使我感激。我們需要一種共同協商的工作節奏來自由自在地完成我們的作品，我的夫人則幫助我認識到了這一點。不管怎樣，本書就在這種背景下完成了。獻上本書的同時，筆者期望至少有部分讀者因閱讀本書而激發起進一步探索地球奧秘的熱情，希冀絶大多數讀者都將因此樹立參與解决地球危機問題的信心。
還記得20世紀60年代末宇航員拍攝的那些讓人大開眼界的著名的地球全景照片嗎？照片上白雲環繞在點綴着白色冰蓋和紅色沙漠的藍色地球上，蠃旋形風暴格外醒目，其大小以方圓1000千米左右來度量，相當於美國新英格蘭地區的規模。那是人們觀察大氣層的一種方式。對於一個在強氣流中旅行的乘客來說，由於飛機在太空中的強烈顛簸，他會覺得大氣的作用應以數百米來度量。而對於一個熱氣球乘客來說，他可以看到一滴滴雨滴或一片片雪花從面前飄過，因而可以斷定他對大氣的認識是在毫米級的微觀尺度上。在某種意義上，上述觀察結果都是“正確”的。這取决於你想要觀察的對象以及觀察的方法的不同。
比如，我們也許觀察到風暴來臨的天空中大片烏雲從東嚮西飄移。難道這就意味着我們頭頂上的風暴是從東嚮西移動？當晚電視天氣新聞的衛星雲圖上，我們可以看到，儘管在那一時刻局部的風嚮確實是由東到西，但總體上風暴卻是由西嚮東移動。我們局部觀察的結果並沒有錯，就像我們有關宏觀尺度的假說也沒有錯一樣。為了準確把握大範圍的天氣情況，我們需要一張較大尺寸的氣象照片。或者，誠如普林斯頓大學的數學生態學家西蒙·萊文（Simon Levin）曾經指出的：人們對世界的看法迥然不同源自於人們藉以觀察世界的窗口大小的不同。
用一種尺度來觀察事物，然後將結果延伸到另一種尺度的事物上並下結論，這是我所知的無謂至極的一些爭論的根源。無論是在人與人之間的關係上，還是在神秘的科學爭論中，均是如此。
圍繞多種科學現象的發生，大自然體現出了其豐富的空間尺度及其相互作用。時間尺度也是豐富多樣的。憑經驗我們知道風在吹，水在流，但地球充滿活力的部分並不限於這些。我們“固態”的地球並不是堅固的，在時間和空間上它並不是永遠不變的。事實上，作為對自然引力的響應，陸地也在運動。後面我們將看到，大陸的漂移也會對氣候和生命帶來重大的影響。
諸如地震、滑坡或冰川等局部地球運動現象是可以在短暫人生的時間框架內進行觀察的。除此之外，一些主要的、大陸規模的地球運動會長達數千年到數百萬年不等，需要具備特殊工具和創新方法才能對這類運動加以觀察。“固態”地球是如何與空氣、水和生命發生相互作用的，這對於將地球作為一個係統來認識是重要的。
即使人類對雲層的微觀物理學特徵有較深入的瞭解，但這種認識本身並不會給我們以太空的宏觀尺度所觀察到的地球天氣行為提供太多的解釋依據。因此，在討論天氣、氣候、生態社會及環境變化時，我們應選取什麽樣的尺度？
由於我們本身的視野十分有限，我們個人的經驗不足以讓我們觀察到整個大自然的重要現象。在這裏，我們需要藉助地球係統科學家這一更大集體的觀察和推論，來打開瞭解我們周圍豐富多彩的大自然的窗口。研究結果與研究方法
有一些學者認為，沒有深入的研究，我們對事物的認識就將是膚淺的，在這批人當中一直彌漫着一種緊張情緒。確實，工業革命以來，學術的以及經濟的成就是以專業分化為標志的。但是，越來越多的學者認為，如果缺乏對所要解决的問題的一種宏觀認識，各個派生的分支學科或許不會給我們提供瞭解或解决實際問題所需的必要素材。面對一個問題，是僅僅強調令而深的研究手段，還是強調通過各分支學科的綜合研究來予以解决，學者們長期以來對此爭論不休。在我看來，這種爭論是沒有意義的。（對於強調跨學科綜合研究者來說，綜合研究意味着要給職業帶來一定風險，因為問題的解决常常意味着要在學科的交叉點銳意創新，這樣一來，研究者就無法在一狹窄的學科中，保證擁有足夠的創造力以取得在該學科中“受人尊敬”的地位。）不管雙方的爭論有多麽激烈，將研究結果與其研究方法（或者微觀與宏觀）對立起來是一種愚蠢的、錯誤的邏輯二分法行為。我們顯然需要大量各種尺度的研究結果來避免認識上的膚淺，需要綜合衆多研究方法來迎接現實世界各種問題的挑戰。
儘管由於篇幅的限製，我在這裏無法對所有相關領域進行一次專題討論，但我將盡可能詳盡地挖掘大量與環境有關的內容，來闡述我們業已掌握的有關氣候變化的知識及其生態學和社會學意義。我還會指出，在全球環境論爭中哪些氣候變化的結論是推測出來的。我將利用實際環境與經濟平衡的研究方法來幫助選擇一組有代表性的研究結果。
人類並不是最近纔意識到污染會降低環境質量。數個世紀以前，末加控製的煤的燃燒導致倫敦聲名狼藉的煙霧事件，那時人們就已意識到了這一點。遺憾的是，環境歷史上的這一不幸正在現代中國的一些布滿煙塵的城市重演。再前翻數個世紀，遭剝蝕的山坡的泥土流失給了亞洲人痛苦的教訓，雖然他們意識到在進行農業生産和森林砍伐時必須輔以謹慎的保護措施。所有上述教訓具有兩個共同特點：一是發生的範圍是局部或區域規模的；二是都在事後（當破壞已非常明顯時）纔被發現的。21世紀的環境問題之所以是獨一無二的，是因為其影響範圍真正是全球性，而不僅僅是局部性或區域性的。尤為嚴重的是，我們目前所面臨的環境問題很有可能是持續不斷、甚至是木可逆轉的，因此僅僅在實踐中接受教訓已遠遠不夠。當地球成為我們的實驗室時，在我們進行全球規模的實驗以前，需要預見實驗的結果。最起碼這一點應該是我們將要在本書中討論的地球係統科學的理論基礎。
我將要在這裏闡述的行星規模的環境問題現在已被稱為“全球變化”。這一術語是那些將地球視為一個係統來加以研究的人們提出來的，用以表示那些影響地球係統（物理、生物、社會方面）的全球規模的變化。這些物理、生物、社會的地球係統是相互關聯的，而人類則對這些係統的變化起着一定的作用。既然人類絶對不可能使大陸産生漂移，為何還要將大陸漂移作為“全球變化”的一部分來研究？理由是，如果我們不瞭解漂移的大陸是如何影響大氣圈中的氣體、氣候以及生物進化的，那麽，我們將失去可靠地預測全球變化中所謂的“人為因素”所必須的背景知識。
在本書的討論中，我要涉及的傳統學科將包括地質學、生態學、大氣科學、生物學、能源技術、化學、農學、海洋學、政治科學、經濟學乃至心理學。我還要審視人類是如何影響地球係統的各個組成部分的。在本書的各章節中，將要述及大量的地球係統科學問題，包括：
·氣候和生命進化到目前的狀態需要多長的時間？
·地球所包含的生命和非生命這兩套子係統是如何發揮作用的？
·人類是如何影響地球係統的？
·我們從自然係統的行為中獲得了什麽樣的知識，使得我們能夠預測人類活動可能對自然係統的影響？
·在環境保護和經濟發展之間存在着什麽樣的平衡？我們如何才能使貌似存在利益衝突的這兩方面取得一致？
各部分疊加的效應更糟是全球變化潛在的最嚴重問題之一，是動植物聚居地的分割與氣候變化之間的協同作用。人們將動植物天然聚居地分割成農業用地、居住地、礦山或開發作其他用途。如果氣候發生變化，各個動植物物種將被迫盡力作出調整，如同它們在過去的地質時代所做的一樣。
遷徙是它們的一個典型的反應。大約1萬年前末次冰川期消退時，雲杉就是這麽做的。但從那以後，地貌景觀發生了巨大的變化，那些在末次冰川期期間通過遷徙而幸存下來的物種能夠逾越21世紀的高速公路、農業區、工業園區、軍事基地以及大城市的威脅嗎？如何以經濟上最合算或政治上最可行的方式來實施我們的生物保護計劃，這需要某種科學的指導。全球變化研究就是涉及這類問題的科學。要回答這類問題，我們必須依靠各有關學科並自問：我們擁有什麽樣的知識？要嚮各位專傢（不管他們是醫生還是地球係統科學家）提出的最重要的兩個問題是：地球會發生什麽？發生的可能性又有多大？
地球係統科學家試圖將來自各門學科的信息進行創造性綜合，以回答各種尺度上的實際問題。
我們已經遇到了敵人
人們很少會故意製造環境問題。這種做法傾倒有毒廢物以及點燃油田衹是一些例外情況），然而，大多數的環境問題是全球各地無數小規模和看似微不足道的環境污染行為的總體表現。不管是偶然的還是故意的，其結果同樣是有害的，如局部範圍的魚類中毒和全球範圍的氣候變化。對環境影響來說，動機是無所謂的。衹是在處理這種影響帶來的惡果時，動機纔起作用。無論我們是有意還是無意，我們針對環境采取的大部分行為也是針對地球的一種實驗。雖然視而不見或拒絶解决是政治上簡單得多的“解决辦法”，但我們每個人都有責任對我們無意識行為的潛在後果保持清醒的認識。正如斯坦福大學人口生物學家保羅·埃利希（Paul Ehrlich）曾經巧妙地指出的那樣：“對自然規律的無知絶不是一種藉口。”人類因素
全球環境惡化的原因常常被歸結為越來越多的人為了謀求更高的生活水平而使用了導致土地污染或分割的技術或行為。1971年，保羅·埃利希及當時的加州大學伯剋萊分校能源分析學家約翰·侯德倫（John Holdren）X4此提出了如下的公式：I一PAT。即：環境影響（I）是人口（P）、單位人口的財富（A）及所使用的拉術（T”）三者之乘積。
假如觀察者撇開大的或全球範圍的環境問題而衹關註局部的環境問題時，上述三個因素的作用可能不容易觀察到。觀察範圍的不同，可以識別出的影響因素也不同。從局部來看，可以認為貪官污吏或工業污染是當地環境問題的主要根源。從大局來看，日益增加的土地或能源利用以及人口的增長或許會成為主要因素。
我曾經說過，要使我們的分析有用，我們就不能忽略全球變化中人類活動的因素。某些國傢的經濟狀況要優於其他一些國傢。在發展中國傢中，追求更多的經濟利益是其經濟計劃的一個驅動力。而一旦那些計劃被認為將對全球環境構成威脅時，發達國傢與發展中國傢之間的關係也就隨之出現緊張。就局部而言，對引發污染的燃料實行徵稅是鼓勵環境保護、開發或使用潔淨替代燃料的一種積極措施。但徵稅會引起能源價格的上升，後者對窮人的影響遠較富人為大。面臨經濟睏難的人們通常優先考慮經濟增長，而不是環境保護。我們的新聞媒體上已經出現了這類環境與發展、利益與效率相平衡問題的報道，這類問題在未來的幾十年內將引發更大的爭論。另一個被稱為“代際平衡”的問題也面臨同樣情況：我們今天對經濟增長的渴望，以及明天想讓後代過更富裕的生活的願望，將使我們自食其果，並給後代遺留下一大堆環境問題，而他們卻是無法參與今天的决策的。
今天世界的人口大約在55億到60億之間，其中10億人生活在營養缺乏的邊緣，每年有數百萬人死於與營養不良有關的、原本可以避免的一些疾病。這些人要求提高生活水準，我們也理應幫助他們提高生活水準，但如果由此采取的措施沒有考慮到對地球的影響，那麽這些措施就不能說是合理的，甚至連這些論爭的理論依據也是值得討論的。社會學家羅賓·坎特（Robin Cantor）和史蒂夫·雷納（Sieve Rayner）曾註意到，如同其他人類價值觀的衝突一樣，“環境論爭可以理解為人們各自援引木同的有關大自然行為的迷誤來支持不同的政治和道德信仰的結果”。因此，要全面闡明環境與發展這～兩難矛盾的價值觀問題，必須在自然科學和社會科學中揉進人文研究的成果。隨着我們不斷增加對控製地球環境的各個係統的瞭解，係統之間錯綜復雜的相互關係以及上述問題的解决辦法將會明朗化。
在本書中，我會討論局部環境問題及其對全球環境的影響，也會討論全球環境問題，後者事實上也影響着局部環境。在我們稱為地球的這個係統中，所有事物都是相互聯繫的，因此，研究環境是非常迷人的。而且，雖然各個變量之間的關係可能捉摸不定，但其總體效果卻顯而易見。顯然，我們尚不知道所有答案，甚至連所有的重要問題都還沒有弄清！要對全球變化的科學和管理問題進行充分評價，尚需要一些跨學科研究隊伍數十年的努力。但我們已經取得了相當多的認識，而且可以做很多事來降低風險。具有科學知識和政治變革的决心的公衆，能夠應付我們面臨的許多睏難。我撰寫本書正是基於這樣一種願望。
在我們展望氣候和生命都充滿陰影的未來之前，有必要回溯一下我們的生物地理學上的起源：年輕的地球開始孕育生命的久遠的太古代。
比如，我們也許觀察到風暴來臨的天空中大片烏雲從東嚮西飄移。難道這就意味着我們頭頂上的風暴是從東嚮西移動？當晚電視天氣新聞的衛星雲圖上，我們可以看到，儘管在那一時刻局部的風嚮確實是由東到西，但總體上風暴卻是由西嚮東移動。我們局部觀察的結果並沒有錯，就像我們有關宏觀尺度的假說也沒有錯一樣。為了準確把握大範圍的天氣情況，我們需要一張較大尺寸的氣象照片。或者，誠如普林斯頓大學的數學生態學家西蒙·萊文（Simon Levin）曾經指出的：人們對世界的看法迥然不同源自於人們藉以觀察世界的窗口大小的不同。
用一種尺度來觀察事物，然後將結果延伸到另一種尺度的事物上並下結論，這是我所知的無謂至極的一些爭論的根源。無論是在人與人之間的關係上，還是在神秘的科學爭論中，均是如此。
圍繞多種科學現象的發生，大自然體現出了其豐富的空間尺度及其相互作用。時間尺度也是豐富多樣的。憑經驗我們知道風在吹，水在流，但地球充滿活力的部分並不限於這些。我們“固態”的地球並不是堅固的，在時間和空間上它並不是永遠不變的。事實上，作為對自然引力的響應，陸地也在運動。後面我們將看到，大陸的漂移也會對氣候和生命帶來重大的影響。
諸如地震、滑坡或冰川等局部地球運動現象是可以在短暫人生的時間框架內進行觀察的。除此之外，一些主要的、大陸規模的地球運動會長達數千年到數百萬年不等，需要具備特殊工具和創新方法才能對這類運動加以觀察。“固態”地球是如何與空氣、水和生命發生相互作用的，這對於將地球作為一個係統來認識是重要的。
即使人類對雲層的微觀物理學特徵有較深入的瞭解，但這種認識本身並不會給我們以太空的宏觀尺度所觀察到的地球天氣行為提供太多的解釋依據。因此，在討論天氣、氣候、生態社會及環境變化時，我們應選取什麽樣的尺度？
由於我們本身的視野十分有限，我們個人的經驗不足以讓我們觀察到整個大自然的重要現象。在這裏，我們需要藉助地球係統科學家這一更大集體的觀察和推論，來打開瞭解我們周圍豐富多彩的大自然的窗口。研究結果與研究方法
有一些學者認為，沒有深入的研究，我們對事物的認識就將是膚淺的，在這批人當中一直彌漫着一種緊張情緒。確實，工業革命以來，學術的以及經濟的成就是以專業分化為標志的。但是，越來越多的學者認為，如果缺乏對所要解决的問題的一種宏觀認識，各個派生的分支學科或許不會給我們提供瞭解或解决實際問題所需的必要素材。面對一個問題，是僅僅強調令而深的研究手段，還是強調通過各分支學科的綜合研究來予以解决，學者們長期以來對此爭論不休。在我看來，這種爭論是沒有意義的。（對於強調跨學科綜合研究者來說，綜合研究意味着要給職業帶來一定風險，因為問題的解决常常意味着要在學科的交叉點銳意創新，這樣一來，研究者就無法在一狹窄的學科中，保證擁有足夠的創造力以取得在該學科中“受人尊敬”的地位。）不管雙方的爭論有多麽激烈，將研究結果與其研究方法（或者微觀與宏觀）對立起來是一種愚蠢的、錯誤的邏輯二分法行為。我們顯然需要大量各種尺度的研究結果來避免認識上的膚淺，需要綜合衆多研究方法來迎接現實世界各種問題的挑戰。
儘管由於篇幅的限製，我在這裏無法對所有相關領域進行一次專題討論，但我將盡可能詳盡地挖掘大量與環境有關的內容，來闡述我們業已掌握的有關氣候變化的知識及其生態學和社會學意義。我還會指出，在全球環境論爭中哪些氣候變化的結論是推測出來的。我將利用實際環境與經濟平衡的研究方法來幫助選擇一組有代表性的研究結果。
人類並不是最近纔意識到污染會降低環境質量。數個世紀以前，末加控製的煤的燃燒導致倫敦聲名狼藉的煙霧事件，那時人們就已意識到了這一點。遺憾的是，環境歷史上的這一不幸正在現代中國的一些布滿煙塵的城市重演。再前翻數個世紀，遭剝蝕的山坡的泥土流失給了亞洲人痛苦的教訓，雖然他們意識到在進行農業生産和森林砍伐時必須輔以謹慎的保護措施。所有上述教訓具有兩個共同特點：一是發生的範圍是局部或區域規模的；二是都在事後（當破壞已非常明顯時）纔被發現的。21世紀的環境問題之所以是獨一無二的，是因為其影響範圍真正是全球性，而不僅僅是局部性或區域性的。尤為嚴重的是，我們目前所面臨的環境問題很有可能是持續不斷、甚至是木可逆轉的，因此僅僅在實踐中接受教訓已遠遠不夠。當地球成為我們的實驗室時，在我們進行全球規模的實驗以前，需要預見實驗的結果。最起碼這一點應該是我們將要在本書中討論的地球係統科學的理論基礎。
我將要在這裏闡述的行星規模的環境問題現在已被稱為“全球變化”。這一術語是那些將地球視為一個係統來加以研究的人們提出來的，用以表示那些影響地球係統（物理、生物、社會方面）的全球規模的變化。這些物理、生物、社會的地球係統是相互關聯的，而人類則對這些係統的變化起着一定的作用。既然人類絶對不可能使大陸産生漂移，為何還要將大陸漂移作為“全球變化”的一部分來研究？理由是，如果我們不瞭解漂移的大陸是如何影響大氣圈中的氣體、氣候以及生物進化的，那麽，我們將失去可靠地預測全球變化中所謂的“人為因素”所必須的背景知識。
在本書的討論中，我要涉及的傳統學科將包括地質學、生態學、大氣科學、生物學、能源技術、化學、農學、海洋學、政治科學、經濟學乃至心理學。我還要審視人類是如何影響地球係統的各個組成部分的。在本書的各章節中，將要述及大量的地球係統科學問題，包括：
·氣候和生命進化到目前的狀態需要多長的時間？
·地球所包含的生命和非生命這兩套子係統是如何發揮作用的？
·人類是如何影響地球係統的？
·我們從自然係統的行為中獲得了什麽樣的知識，使得我們能夠預測人類活動可能對自然係統的影響？
·在環境保護和經濟發展之間存在着什麽樣的平衡？我們如何才能使貌似存在利益衝突的這兩方面取得一致？
各部分疊加的效應更糟是全球變化潛在的最嚴重問題之一，是動植物聚居地的分割與氣候變化之間的協同作用。人們將動植物天然聚居地分割成農業用地、居住地、礦山或開發作其他用途。如果氣候發生變化，各個動植物物種將被迫盡力作出調整，如同它們在過去的地質時代所做的一樣。
遷徙是它們的一個典型的反應。大約1萬年前末次冰川期消退時，雲杉就是這麽做的。但從那以後，地貌景觀發生了巨大的變化，那些在末次冰川期期間通過遷徙而幸存下來的物種能夠逾越21世紀的高速公路、農業區、工業園區、軍事基地以及大城市的威脅嗎？如何以經濟上最合算或政治上最可行的方式來實施我們的生物保護計劃，這需要某種科學的指導。全球變化研究就是涉及這類問題的科學。要回答這類問題，我們必須依靠各有關學科並自問：我們擁有什麽樣的知識？要嚮各位專傢（不管他們是醫生還是地球係統科學家）提出的最重要的兩個問題是：地球會發生什麽？發生的可能性又有多大？
地球係統科學家試圖將來自各門學科的信息進行創造性綜合，以回答各種尺度上的實際問題。
我們已經遇到了敵人
人們很少會故意製造環境問題。這種做法傾倒有毒廢物以及點燃油田衹是一些例外情況），然而，大多數的環境問題是全球各地無數小規模和看似微不足道的環境污染行為的總體表現。不管是偶然的還是故意的，其結果同樣是有害的，如局部範圍的魚類中毒和全球範圍的氣候變化。對環境影響來說，動機是無所謂的。衹是在處理這種影響帶來的惡果時，動機纔起作用。無論我們是有意還是無意，我們針對環境采取的大部分行為也是針對地球的一種實驗。雖然視而不見或拒絶解决是政治上簡單得多的“解决辦法”，但我們每個人都有責任對我們無意識行為的潛在後果保持清醒的認識。正如斯坦福大學人口生物學家保羅·埃利希（Paul Ehrlich）曾經巧妙地指出的那樣：“對自然規律的無知絶不是一種藉口。”人類因素
全球環境惡化的原因常常被歸結為越來越多的人為了謀求更高的生活水平而使用了導致土地污染或分割的技術或行為。1971年，保羅·埃利希及當時的加州大學伯剋萊分校能源分析學家約翰·侯德倫（John Holdren）X4此提出了如下的公式：I一PAT。即：環境影響（I）是人口（P）、單位人口的財富（A）及所使用的拉術（T”）三者之乘積。
假如觀察者撇開大的或全球範圍的環境問題而衹關註局部的環境問題時，上述三個因素的作用可能不容易觀察到。觀察範圍的不同，可以識別出的影響因素也不同。從局部來看，可以認為貪官污吏或工業污染是當地環境問題的主要根源。從大局來看，日益增加的土地或能源利用以及人口的增長或許會成為主要因素。
我曾經說過，要使我們的分析有用，我們就不能忽略全球變化中人類活動的因素。某些國傢的經濟狀況要優於其他一些國傢。在發展中國傢中，追求更多的經濟利益是其經濟計劃的一個驅動力。而一旦那些計劃被認為將對全球環境構成威脅時，發達國傢與發展中國傢之間的關係也就隨之出現緊張。就局部而言，對引發污染的燃料實行徵稅是鼓勵環境保護、開發或使用潔淨替代燃料的一種積極措施。但徵稅會引起能源價格的上升，後者對窮人的影響遠較富人為大。面臨經濟睏難的人們通常優先考慮經濟增長，而不是環境保護。我們的新聞媒體上已經出現了這類環境與發展、利益與效率相平衡問題的報道，這類問題在未來的幾十年內將引發更大的爭論。另一個被稱為“代際平衡”的問題也面臨同樣情況：我們今天對經濟增長的渴望，以及明天想讓後代過更富裕的生活的願望，將使我們自食其果，並給後代遺留下一大堆環境問題，而他們卻是無法參與今天的决策的。
今天世界的人口大約在55億到60億之間，其中10億人生活在營養缺乏的邊緣，每年有數百萬人死於與營養不良有關的、原本可以避免的一些疾病。這些人要求提高生活水準，我們也理應幫助他們提高生活水準，但如果由此采取的措施沒有考慮到對地球的影響，那麽這些措施就不能說是合理的，甚至連這些論爭的理論依據也是值得討論的。社會學家羅賓·坎特（Robin Cantor）和史蒂夫·雷納（Sieve Rayner）曾註意到，如同其他人類價值觀的衝突一樣，“環境論爭可以理解為人們各自援引木同的有關大自然行為的迷誤來支持不同的政治和道德信仰的結果”。因此，要全面闡明環境與發展這～兩難矛盾的價值觀問題，必須在自然科學和社會科學中揉進人文研究的成果。隨着我們不斷增加對控製地球環境的各個係統的瞭解，係統之間錯綜復雜的相互關係以及上述問題的解决辦法將會明朗化。
在本書中，我會討論局部環境問題及其對全球環境的影響，也會討論全球環境問題，後者事實上也影響着局部環境。在我們稱為地球的這個係統中，所有事物都是相互聯繫的，因此，研究環境是非常迷人的。而且，雖然各個變量之間的關係可能捉摸不定，但其總體效果卻顯而易見。顯然，我們尚不知道所有答案，甚至連所有的重要問題都還沒有弄清！要對全球變化的科學和管理問題進行充分評價，尚需要一些跨學科研究隊伍數十年的努力。但我們已經取得了相當多的認識，而且可以做很多事來降低風險。具有科學知識和政治變革的决心的公衆，能夠應付我們面臨的許多睏難。我撰寫本書正是基於這樣一種願望。
在我們展望氣候和生命都充滿陰影的未來之前，有必要回溯一下我們的生物地理學上的起源：年輕的地球開始孕育生命的久遠的太古代。