安全而公正的地球系统边界

　　对于每个地球系统域，我们首先量化了维持地球系统弹性的安全边界 ，其可能性多个可能反映了边界确切位置的不确定性或可变性。坚持这些安全的边界实现了我们的“种间正义和地球系统稳定性
”标准（Box 1中的I1）
，并将保护子孙后代免受地球系统变化的重大伤害（代际正义； Box 1中的I2B），但可能不会避免对当前世代 ，尤其是弱势群体（I2A和I3中的I3）（Box 1）中的重大伤害 。因此
，（1）我们提出，使一些边界更加严格以保护当代和生态系统；（2）我们将安全边界与地方级别的标准相辅相成 ，以保护几代人和生态系统；（3）如果边界可能会在当代造成很大的困难
，我们建议它与解释分配正义的政策相辅相成
。我们还根据每个安全和ESB评估了地球系统的当前状态。 　　我们基于最小化触发气候倾斜元素的可能性，确定用于变暖的安全ESB（图1和表1）；维持生物圈和冰芯功能；以及全新世（<0.5-1.0°C）和先前的冰间（<1.5–2°C）气候变化（补充方法） 。一些气候倾斜点 ，例如循环崩溃或亚马逊倒退
，对其动态和潜在的变暖阈值具有很高的不确定性或低信心16，但是互补的古气候和生物圈分析可独立地支持安全的气候ESB评估
。Cryosphere功能包括在北部高纬度地区维持多年冻土 ，永久性的极地冰盖和山地冰川，并最大程度地减少海冰损失。我们发现
，超过1.0°C以上工业前水平的全球变暖已经超过9，它具有适度的触发小费元素的可能性 ，例如格陵兰冰盖的崩溃或北方北方弗洛斯特（Permaforost16）的局部溶解 。一级摄氏摄氏度全球变暖与199039年提出的安全限制和350 ppm二氧化碳的PB一致（参考文献27）
。高于1.5°C或2.0°C的变暖
，触发临界点的可能性分别增加到高或非常高（对扩展数据表1的置信度很高）。生物圈损害和全球碳下沉的风险成为碳源，可能触发进一步的气候反馈 ，大大增加了40 。我们得出的结论是
，稳定在1.5°C的安全性ESB下，避免了对人类和其他物种的最严重气候影响 ，从而加强了巴黎气候变化协议中设定的1.5°C护栏
。 　　对气候变化的重大伤害的评估表明
，需要更严格的公正（NSH）边界。在1.0°C的全球变暖下，成千上万的人暴露于湿的鳞茎温度极端（图2） ，引起了对跨义司法正义的关注 。在1.5°C的温暖下
，超过2亿人，那些已经容易受到伤害 ，贫穷和边缘化的人（内部不公正现象）可能会暴露于前所未有的平均年度温度41，超过5亿
，可以暴露于长期的海平面上升（图2和方法）。这些受到伤害的人数极大地超出了被广泛接受的“没有人落后”原则29，并破坏了大多数可持续发展目标
。此外 ，过去的排放已经导致重大伤害
，包括极端天气事件，北极地区土著社区失去栖息地 ，低洼国家的土地面积损失以及海平面上升或因改变冰川融化系统而减少地下水补给3。在未来几十年中
，人为温室气体发射所产生的冰芯和生物圈倾斜元素的不可逆转影响，但几个世纪或千年来也威胁着代际正义（补充方法） 。我们得出的结论是 ，如果要避免将数千万人暴露于巨大的伤害中
，则公正（NSH）边界应设置为1.0°C或低于1.0°C
。由于在可预见的将来可能无法实现在这个边界内的返回，因此需要改编和补偿以减少对伤害和脆弱性的敏感性。在2022年联合国气候变化会议（COP-27）期间 ，发展中国家确实专注于适应
，损失和损害的问题 。 　　对于生物圈，我们确定了两个生物多样性互补度量的安全ESB：（1）在很大程度上完整的天然生态系统的面积以及（2）所有生态系统的功能完整性 ，包括城市和农业生态系统（表1）
。维持在很大程度上完整的天然生态系统的区域对于确保所有人类，其他物种（I1中的I1）（I1中的I1）和地球系统稳定性依赖于碳
，水和养分的库存和流量以及停止物种灭绝（地球系统自然对人的贡献（NCP）通过地球系统的贡献）所必需的。根据气候，水和物种保护模型的结果 ，我们提出的安全性ESB为50–60％（对扩展数据表1的置信表1）全球土地表面覆盖的全部完整自然区域覆盖以维持地球系统NCP（表1和补充方法） 。该范围使用当前的自然土地覆盖物作为最小值
，同时表明需要恢复很大程度上完整的自然区域
。确切的安全边界在很大程度上取决于对特定生态功能的需求（例如，这又取决于剩余的碳排放量）以及跨生态区和生态系统的很大程度上完整自然区域的空间分布。研究通常表明 ，可能需要多达60％的陆地地面表面积
，其中一些延伸高达80％（补充方法） 。在海洋中需要与50-60％的陆地ESB相当的天然生态系统区域维持碳固换并最大程度地减少其他海洋物种的灭绝42
。生物尺度的边界可能更为严格：例如，由于其对气候稳定性和水分回收的贡献 ，保护热带森林生物群落。如果恢复工作的分配和协调不足
，则所需的最小面积将更大 。如果这些边界是违法的， 可能会触发涉及生物组级功能完整性和相关NCP的临界点 ，包括物种灭绝率的提高。 　　遵守我们提议的安全ESB在很大程度上完整的天然生态系统领域应通过通过稳定且有弹性的地球系统和局部化的NCP确保生物圈为所有生命支持确保所有生命支持的贡献
，从而最大程度地减少对子孙后代的伤害（I2B）
。但是，在当前世代相传的正义（方框1中的I2a和I3）可能需要更严格的边界 ，因为安全ESB不能说明支持本地生计所需的很大程度上完整的自然生态系统的当前不均匀分布43，尤其是在贫困或原住民社区中
，尤其是44,45。有些人和国家可能会直接从维护或增加自然生态系统区域的政策中受益46，而另一些国家可能面临机会成本为47 。因此 ，为了确保仅在很大程度上完整的天然生态系统的分布
，可能需要在50–60％的安全范围的上端设置一个（NSH）边界，因为分配将不足以实现优化下边界的功能
。我们强调的是 ，自然生态系统领域包括所有完整的自然区域
，而不仅仅是当前需要保护关注的自然区域；它并不意味着排除人类居住和可持续使用的保护。 　　功能完整性是城市，农业或其他人类改造的生态系统的能力 ，以提供生态功能及其对景观规模的人的贡献
，从而补充了由大规模完整的自然生态系统领域提供的地球系统NCP 。我们分析了自然栖息地和半自然栖息地的最低量，质量和距离 ，以维持局部陆地NCP提供
，包括授粉，害虫和疾病控制 ，水质调节，土壤保护
，减轻自然危害和娱乐
。我们确定，需要至少20-25％的半自然栖息地 ，包括在人类改造的土地中每个平方公里的本地物种
，以支持提供多个局部NCP48的供应。确切的数量和质量根据景观类型，气候和地形而有所不同；在容易受到天然危害的某些景观中 ，该量的范围高达50％
，例如陡峭的山坡或高度易受化的土壤 。该边界适用于精细的规模，目前建议为1 km2 ，因为NCP是不可传输的（例如
，侵蚀或滑坡只能通过同一斜率上的自然覆盖避免避免使用），并且经常由非摩托车或有限的迁移率提供或支撑（例如 ，觅食或pest的昆虫的觅食范围限制了一个数百人）
。大约三分之二的人类主导的土地面积（约占土地总面积的40％）的功能完整性不足（补充方法）
，并且大面积显示出弹性损失的症状49，需要再生实践来恢复本地和地球系统功能。 　　功能完整性的安全边界减少了未来对重大伤害的暴露（代司法） 。在安全边界以下的农业生态系统和城市中功能完整性的丧失将降低食品生产率 ，生态系统减轻自然危害，污染和营养损失的能力
，并增加对有害农药的依赖，以及选择替代土地用途（内部义务）的能力
。在更脆弱的社区的地区 ，对这些服务的依赖通常更高。确保功能完整性的特定干预措施是高度本地的
，并且在地方权威，知识和领导力50中最好地实施 ，并且通常需要采取政策干预措施
，以确保边缘化的群体没有进一步剥夺权力，而是有空间使用其知识和方法参加此类过程51 。 　　对于淡水 ，我们提出了两个基于亚面积边界的空间定义的安全ESB
，可以汇总到全球尺度：（1）地表水的流动改变ESB，以及（2）地下水的缩水ESB（表1）。河流的流动改变是淡水生物多样性损失的主要动力之一 ，导致淡水生物多样性的下降
，超过了陆地和海洋系统53和大规模NCP的淡水生物多样性，例如沿海和内陆渔业 ，在哪些人中，数百万的人依赖54,55
。局部规模的流源分析通常用于建立环境流程需要
，以定义单个流域56的安全流动变化水平。这些地方规模的评估可以为空间上明确的安全边界提供基础，但在世界上大部分地区都没有 。在他们不存在的情况下 ，我们建议在全球所有河流中均可满足所有河流中的假设亚球体安全性ESB的月度变化（增加或减少）的月度地表水流量（增加或减少）（对扩展数据表1的中等信心）
。假设还满足了所需的水质标准
，则该ESB留下了80％的未改变的流量以满足环境需求58,59。ESB得到了经验研究的支持，表明20％内的流动变化支持本地鱼类物种 ，而流动的变化超过该水平会影响生物多样性和生态系统结构和功能60,61（补充方法还具有支持此阈值使用的其他参考文献） 。地表水的全球ESB是
，在全球所有河流中，所有土地面积的100％通过将流量的变化限制为20％ ，从而达到了次球群边界
。满足全球ESB的总和为每年7,630 km3的全球变更预算（补充方法；对扩展数据表1的信心很高）。目前
，全球聚集的河流变化小于该数字 。然而， 我们之外的ESB不在全球ESB之外 ，因为仅在66％的土地面积（表1）和不到全球人口的一半（补充方法）中满足了全球安全ESB
。这些结果与最近对水稀缺性的分析相一致
，这强调了满足环境流量要求支持生态系统服务的挑战，例如渔业生产 ，同时确保满足人类需求的足够水为57,62。 　　地下水含水层在许多河流系统中有助于基础流，直接维持湿地和陆地植被 。当缩水超过补给率
，影响地下水依赖的生态系统时，地下水提取的水平不安全 ，在某些情况下会导致土地沉降和不可逆的含水层损失12,63,64
。鉴于地下水充电和排放的时间性质以及缺乏有关历史含水层水平的广泛一致的数据
，我们建议所有含水层年度地下水的安全ESB是平均年度补​​给，如果累积量小于补给 ，则认为地下水被认为是安全的。当局部降低不超过平均年度补​​给时
，给定的含水层均可满足全球安全性ESB 。地下水的全球ESB是全球所有含水层都满足了全球ESB。在2003 - 2016年期间，每年平均年度充值的全球总和约为每年16,000 km3（表1和补充方法；对扩展数据表1的信心很高）
。在该边界内可以安全发生的地下水提取自然在整个地球上都有变化 ，并且应在可能的情况下根据局部规模的监测来定义
，尽管也可以通过卫星遥感65来确定广泛的趋势。我们估计我们目前不在全球ESB之外，因为目前有47％的盆地的地下水水平正在下降（表1） 。 　　我们对用于地面和地下水的安全ESB的司法分析强调了（1）多层分布 ，（2）水不安全感和（3）水质的挑战
。区域表面和地下水ESB通常符合周围社区的长期利益
，因为它们保护了未来的淡水（代际正义：方框1中的I2B）。如果耗尽的含水层已经造成了重大的环境影响66，则应紧急减少地下水提取 ，并应保护充电区域以将含水层恢复到安全水平（NSH至今：Box 1中的I2A和I3） 。最大程度地减少对当前世代的重大伤害也需要以下内容
。（1）对多层次分布的核算表明，无论是直接或间接通过虚拟水
，社区，部门或国家共享水体的允许改动的分配。在安全ESB需要大幅度减少用水量的情况下 ，这种分配尤其具有挑战性 。（2）最大程度地减少暴露于重大伤害的情况应解释世界不同地区的水不安全感
。例如
，与较差的水卫生和卫生条件相关的危害对低收入国家（特别是撒哈拉以南非洲和南亚68）的幼儿的健康不成比例地影响。（3）最大程度地减少暴露于重大伤害意味着解决人类使用的地表水质指南69，而不仅仅是水量的分配 。至少需要水以进行消费和灌溉 ，这意味着必须满足粪便和盐度的可接受标准
。我们将公正的（NSH）ESB与安全的ESB保持一致
，同时指出遵守边界将大大限制当前使用，并需要政策以确保分配正义。 　　这些建议的表面和地下水ESB与绿色水分无关 。绿色水分对于维持大气水周期至关重要 ，该水周期调节季节性降水量34；与蓝色用水相比
，可以支持大部分全球农业生产70，对水生生态系统的影响较少。并与生物圈ESB密切相关
。最近的评估38提出了一个明确的绿色水边界 ，以确保陆地生态系统
，气候和生物地球化学过程的水文调节，通过定义与中新世中新世条件的最大允许偏差（干燥或润湿）。绿水的状态变量定义为无冰面积的百分比 ，在任何一个月内，其根区的土壤水分水平均超出了局部基线变异性的第95个百分点 。边界值设置为10％
，对应于中新世条件的中位出发水平
。我们将这种绿色水边界包括在我们的一组安全ESB中（表1），但我们将跨义司法分析（Box 1中的I2和i3）限制为表面和蓝色水。 　　我们为农业氮（N）和磷（P）盈余设置了安全的ESB ，以最大程度地减少由于径流
，浸出和大气N通过氨和氮氧化物的沉积而导致的地表水和陆地生态系统的富营养化（表1） 。我们提出，农业氮剩余72每年为61（35-84）TG N的安全全球尺度ESB ，每年4.5–9.0 tg P每年用于农田土壤磷剩余73,74（对扩展数据表1的中等信心）
。这些ESB基于最近的论文72,74计算次球和全球农业养分损失
，盈余以及来自关键的N和p浓度的水和空气中的临界N和P浓度（方法，表1 ，表1和补充方法）。这些ESB主要与农业有关
，该农业约占地球系统的人为N/P输入的90％72,75 。我们的ESB基于农业盈余和损失72,74，尽管为了与先前的PB量化（补充方法）进行比较 ，但我们还提供了假设当前N/P使用效率的相应全局输入
。这些最近的研究还解释了非农业来源
，假设它们仍处于当前水平，并且从过度施用到未施肥的地区的养分重新分布（补充方法）。 　　N和P浓度的升高通过对生态系统及其服务的后果（例如渔业崩溃 ，Algal Blooms72,76释放的有毒化合物）以及氨衍生的Aerosolss77的空气污染的健康影响 。饮酒表面或地下水的危害也可能升高，硝酸盐浓度升高78
，但水平高于地表水富营养化的安全n浓度
。因此，我们将sublobal n和subglobal和全球P的公正（NSH）ESB与它们的安全边界保持一致 ，因为营养周期中断的人类伤害主要由环境退化驱动。考虑到地下水硝酸盐的重大伤害
，将全局n边界稍微收紧至每年57（34-74）TG N（补充方法） 。这些ESB应与当地空气和水污染的标准相辅相成，以及对P。其他司法考虑的考虑 ，包括无法获得N和P肥料的机会
，这可能威胁粮食安全，尤其是对于低收入社区和国家 /地区76 ，以及磷酸盐岩石的提取
，以及当前有限的粮食生产资源，目前是贫困的粮食生产的有限的资源 ，但对贫困和贫困的社区进行了污染和人性化的社区7批次销毁了陆地
，销毁了销毁和销毁
。 　　对于气溶胶，我们提出了一个安全的ESB ，该安全ESB由气溶胶光学深度（AOD）（表1）的半球差异（表1）基于证据，表明北/南半球差异可以触发区域尺度倾斜点并触发区域水平循环的实质性不良影响
，除了对现有PB的pb以及基于0.25 –0.50 aod的规定外，还对区域水文循环产生了实质性不良影响。我们考虑了AOD差异及其潜在的影响 ，其自然排放
，人为排放和平流层气溶胶注入（太阳能工程）产生的影响 。西非季风降雨80和印度季风的气候建模研究的观察数据已经确定了受热带收敛区域的位置的潜在转移，这是由于北半球和南半球之间硫酸盐AOD差异触发的
。缺乏有关半球间AOD差异对印度季风的影响的观察性研究 ，但是基于过去的火山喷发和气候模型研究的观察结果表明
，在一个半球中反映气溶胶的浓度增加会导致同一半球的热带季球区域的降水量下降，同时在相反的半范围内增加了降水量。观察到的南亚季风的变化具有良好的理解机制（补充信息） ，这些机制与半球间AOD差异的作用一致 。El Chichon在1980年代（AOD差异为0.07）和Katmai（AOD差异为0.08）的火山喷发提供了经验示例80
，而模型模拟的AOD差异为0.1，大约0.2导致热带怪物区域的降水量下降
。半球间的AOD差异及其对热带降水的变化的影响对反射气溶胶86的气溶胶粒径以及纬度和高度分布敏感。考虑到这一点以及这些研究的范围 (approximately 0.05–0.20 of additional AOD difference), we assess that these shifts may become disruptive if the interhemispheric AOD difference, currently approximately 0.0587 on average and approximately 0.1 in the boreal spring and summer87, exceeds 0.15 (low confidence in Extended Data Table 1) due to air pollution85 or geoengineering-related aerosol asymmetries81,85 (Supplementary Methods). 　　暴露于气溶胶​​（例如颗粒物（PM））对人类健康的重大伤害表明 ，基于局部空气污染标准的更为严格的（NSH）边界88 。PM和其他气溶胶与呼吸道疾病和过早死亡以及心脏问题和使哮喘患者虚弱有关
。我们根据世界卫生组织202188指南（表1）（表1）和美国环境保护局空中质量标准
，基于世界卫生组织的高度损害（表1和支持信息），从而避免对气溶胶（表1和支持信息）的高可能性（表1和支持信息）的高可能性（表1和支持信息） ，为避免对气溶胶（表1和支持信息）造成的高可能性，从而避免了15μg的（NSH）边界（NSH）边界。需要这样的局部和区域指导
，因为PM2.5特征（例如毒性）是高度特定的 。目前，百分之八十五的世界人口处于超出该边界92以外的PM2.5浓度 ，据估计
，暴露于环境PM2.5的浓度每年造成420万人死亡89人，而脆弱的群体受到更大影响的影响更大 ，而污染较小的人为93
。基于全球成功的严格缓解和污染控制的空气污染情景显示受影响的人群减少
，但高空气污染的地区可能仍然存在94。每M3 PM2.5浓度为15μg，将95,96转换为AOD约0.17 ，表明气溶胶的公正（NSH）边界比安全区域边界（0.25-0.50）更为严格（表1） 。 　　我们承认来自其他空气和水污染物的地球系统稳定性和人类福祉的风险
，为此，它已经有了公认的指南88 ，以及来自新颖实体
，现有物质的新形式以及在地质或进化上是在地质或进化上的新形式的新形式的威胁，并且在地质上或进化上是新颖的 ，并且可能对地球物质或生物学对地球系统产生大规模的地球或生物学影响。关于新型实体的不同风险潜力的证据，例如微型塑料
，“永远的化学物质 ”，抗生素 ，放射性废物
，重金属或其他新兴污染物，用于地球系统功能 ，人类健康和粮食安全
，但在潜在影响的规模和范围上，知识差距仍然存在98
。Persson等人97报道说 ，人类已经跨越了新实体的PB
，尽管数据限制和量化甚至对于已知的新型实体也很具挑战性。当今已经在不同人群中目睹的新型实体的差异化影响以及这些物质的漫长一生引起了明显的内部和代际正义的关注97,98 。 　　在八个全球规模的安全中，有七个已经越过了我们量化的ESB（图1和表1）
。ESB的侵犯在空间上是广泛的 ，有两个或更多的安全
，仅ESB遭到了全球52％的陆地表面，影响了全球86％的全球人口（图3）。一些社区经历了许多ESB违法行为 ，其中四个或更多的ESB遭到了全球人口的28％，但仅占全球土地表面的5％（图3） 。因此
，空间热点违规集中在较高人口密度的地区，引起了主要的司法司法问题
。