1950년경에 시작되는 인간의 특별한 에너지 소비와 그에 따른 지질학적 영향

대기오염

에너지 사용, 경제적 생산성 및 인구와 같은 근본적인 동인의 증가는 홀로세 시대와 기후파괴 시대 사이에 제안된 경계의 양적 지표를 제공할 수 있습니다. 기후파괴 시대의 22제타줄(ZJ)의 인간 에너지 소비는 주로 화석 연료의 연소를 통해 홀로세(14.6ZJ)의 이전 11,700년에 걸친 에너지 소비를 초과합니다. 기후파괴 시대 동안의 지구 온난화 효과는 훨씬 더 큽니다. 전 세계 인구, 생산성 및 에너지 소비, 그리고 지구 환경에 영향을 미치는 대부분의 변화는 높은 상관 관계가 있습니다. 이 놀라운 소비와 생산성의 폭발은 ~1950년 이후로 지구 시스템이 홀로세 상태에서 어떻게 벗어났는지를 보여주며, 새로운 시대를 명명하려는 제안을 정당화하는 데 사용할 수 있는 지구의 층서학적 기록에 대한 급격한 물리적, 화학적 및 생물학적 변화를 강요합니다. 에포크 등급에서 행성 규모의 인류세 시간 간격에 대한 층서학적 사례가 만들어졌으며, 이는 ~1950에서 홀로세 시대를 끝낼 것입니다. 개념적으로, 전환은 점차 중요성이 증가하고 대부분 지역적으로 표현되는 환경 변화의 인간 동인에서 압도적이고 세계적이 되는 변화를 반영합니다. 그러나 인류세와 이전 홀로세를 직접 비교할 수 있는 정량화 가능한 측정 기준은 무엇입니까? 국제 지질 시간 척도의 단위로서 제4기 2,3은 공식적으로 홍적세(2.58My~11.7ky)와 홀로세(11.7ky~현재) 시대4로 나뉩니다. 대양 극전선의 급속한 북쪽 이동과 함께 마지막 한파의 끝을 뒤따르는 홀로세는 공식적으로 국제 층서학 위원회(ICS)에 의해 5,6 그린란드 시대(11.7 ~ 8.2 ky), Northgrippian(8.2 ~ 4.3 ky) 및 Meghalayan(4.3 ~ 0 ky)입니다. 여기에서 우리는 메갈라야 시대의 산업화 이전(1670~1850)과 산업(1850~1950)이라는 두 가지 역사적 및 비공식적 간격에 중점을 두고 각 홀로세 시대를 통한 인간 발자국을 추적합니다. 잠재적인 신기원으로서의 인류세7,8는 먼저 인구와 에너지 소비 및 경제적 생산성을 사용하여 이 초기 홀로세 시대와 비교한 다음, 인간 활동이 경관을 교란하고 강 배출(물, 미립자 및 용해된 구성성분), 기후, 생물지구화학적 순환, 생물다양성 및 지구 시스템의 다른 부분을 변화시켰습니다. 이러한 변화는 이미 홀로세와 인류세1,7,8 사이의 층서 기록에서 뚜렷한 구별을 초래했습니다. 이 연구는 인류세(Anthropocene)가 홀로세 시대(Holocene Epoch)에 필적하거나 초과하는 행성의 충격과 비교할 수 있거나 그 이상이며 구성요소를 크게 초과하는 지구 역사상 시대 수준의 행성 간격이라는 주장을 검증하기 위해 주요 지표면 매개변수와 인간 동인을 평가하는 일관된 정량적 접근 방식을 공식화합니다.

인간 발자국의 홀로세 역사

Greenlandian Age(11.7 ~ 8.2 ky)는 ~+0.5 °C9의 Milankovitch 온난화로 인한 홀로세의 첫 번째 3464년을 구성하며, 이 기간 동안 Inter-Tropical Convergence Zone이 북쪽으로 이동하고 북반구 빙상이 제거되었습니다. 대기 중 CO2 및 CH4 농도는 최신 홍적세에서 시작된 급격한 상승 경향을 계속했고 ~10 ky11에서 정점을 찍었습니다. 해안의 인간 인구는 지구 평균 해수면이 11.4 ky에서 8.2 ky14 사이에서 ~15 mm/y의 비율로 ~48.5 m 상승함에 따라 초기 정착지, 특히 삼각주에서 내륙으로 후퇴했습니다. 인간 인구는 희박했고 ~4 M에서 8 M으로 0.01%/y의 비율로 증가했습니다. 대형 육상 포유류의 지역적 멸종은 인간의 도착과 관련이 있습니다. 인간은 수렵채집, 어부 또는 사냥꾼으로 살았지만 일부 지역에서는 가축화된 식량 작물을 경작하기 시작했습니다. 에너지원은 장작불과 인간의 근육, 드물게는 동물의 근육으로, 1인당 에너지 소비량은 5.8~6.5GJ/y 범위에서 6.2GJ/y로 추정됩니다. 그린란드 시대의 인구는 0.12제타줄의 에너지를 소비했습니다(1 ZJ = 1021 J). 여기에서 글로벌 생산성은 노동, 자본 또는 글로벌 경제(단위 시간당 1인당 GDP)에 대해 계산된 기타 자원과 같은 입력 단위당 산출량의 척도로 사용되며, 그린란드인에게 의미가 있다면 매우 낮았습니다. 노스그리프 시대(8.2 ~ 4.3 ky) 동안 전 지구 평균 해수면은 14.5 m 더 상승했는데 대부분이 처음 1500년에 7000년 전에 큰 북반구 빙상이 대부분 사라졌기 때문입니다. 전 세계 평균 해수면 상승의 연령 평균 비율은 ~3.6 mm/y였습니다. 지구 기후는 행성이 ~-0.2 °C 냉각될 때까지 5.48ky까지 온도 안정기에서 비교적 안정적이었지만 지역적 예외를 제외했습니다. 대기 CO2 및 CH4 농도의 경향은 각각 ~8ky 및 ~5ky에서 약간 감소에서 약간 상승으로 변경되었습니다. 일부에서는 이러한 증가가 농업, 특히 메탄의 경우 벼 경작 확대에 따른 삼림 벌채를 반영한다고 주장하지만, 다른 사람들은 증가가 해빙 후 평형 상태를 향한 해양 화학의 점진적인 조정을 반영한다고 제안합니다. 노스그리프 시대 말에 여전히 소수인 일부 인간은 구조화된 농업 사회로 조직되었습니다. 일단 해수면이 안정되면 도시 중심과 항구가 발달하고 가장 초기의 국가 수준 사회가 생겨나면서(기원전 3700년 메소포타미아, 3300년 이집트 이집트) 인구가 2,700만 명(0.03%/y)으로 증가했습니다. 기원전 3000년 페루, 기원전 2500년에 인더스 계곡, 기원전 1900년에 메소아메리카, 기원전 1700년에 황하. 에너지원에는 장작불, 인간 및 동물의 근육이 포함되며 1인당 에너지 소비량은 7.1GJ/y로 6.5~7.8GJ/y 범위입니다. 인간은 노스그리피안 시대에 걸쳐 0.34 ZJ를 소비했으며 이는 그린란드 시대보다 332% 증가한 것으로 인구 증가를 반영합니다. 인간 생산성은 낮게 유지되었습니다. 인위적 발자국에는 삼림 벌채로 인한 지역 토양 침식, 목초지 확산, 일부 채광이 포함됩니다. 대형 육상 포유류의 멸종은 기후 변화와 상관관계가 있지만, 일부 멸종은 인간 활동과 관련이 있습니다. 여기에 표시된 메갈라야 시대는 최근 ~4.2ky 간격(~1950년 CE)으로, 지구 기후가 ~−0.5 ° 냉각됨에 따라 지구 평균 해수면이 1.0~1.5 m 또는 ~0.3 mm/y14 상승했습니다. Neoglaciation24라고 하는 것에서 일사량이 감소하고 대기 CO2 및 CH4 농도가 약간 증가했습니다. 인간 인구는 평균 0.2%/y 증가하여 1950년까지 2,500 M의 인구에 도달했습니다. 분명히 해수면 안정화와 관련하여 해안 가장자리의 생물학적 생산성이 극적으로 증가했으며 상품에 대한 수요 증가, 무역 증가 및 복잡한 도시화를 촉진하는 인간 사회의 대제국 수준 조직으로의 추가 이동을 촉발했을 가능성이 있습니다. 대규모 물 전환 계획이 수립되었고 광범위한 농업 관행이 증가했습니다. 석탄은 19세기에 일반적인 에너지 공급원이 되었습니다. 1인당 에너지 소비량은 평균 8.3GJ/y로 7.8~40GJ/y 범위이며, 인간은 메갈라야 시대에 걸쳐 14.2ZJ를 소비하며 이는 Northgrippian 시대에 비해 24배 증가한 것입니다. 1인당 GDP는 평균 $144/y입니다. 인간은 닭, 옥수수 및 태평양 쥐의 확산으로 예시되는 토착 범위를 넘어 동식물 종을 옮겼습니다. 인간의 영향은 유라시아의 가축 조상과 태평양의 날지 못하는 새를 포함하여 광범위한 지역적 손실과 육지 척추동물의 광범위한 멸종을 초래했습니다. 도입과 멸종은 독특한 고고학 및 화석 신호를 남겼습니다.

 

산업화 이전 기간(1670~1850)

홀로세 해수면 상승이 ~0.15 mm/y로 가장 느린 180y 길이의 간격으로 18세기에는 뚜렷한 경향이 없었고 1800년에서 1850년까지 약간의 하락은 알파인 빙하가 최대 메갈라야 범위에 있었을 때입니다. 광범위한 화산 활동에 대한 대응으로 지구는 이 간격 동안 ~0.0 °C의 뚜렷한 기후 경향이 없었으며 냉각 펄스는 지역적으로 다양했습니다. 인구는 ~600 M에서 1247 M으로 증가했으며, 성장률은 0.4%/y입니다. 1인당 에너지 소비량은 13.5~22GJ/y 범위인 18.4GJ/y였으며, 4,200년 메갈라야 시대 동안 인간은 2.9ZJ 또는 인간 에너지 소비의 20%를 소비했습니다. 새로운 에너지원에는 고래 기름과 하천 에너지가 포함됩니다. 예를 들어, 1840년 이전에 미국에는 65,000개 이상의 수력 공장이 있었습니다. 인간이 사용할 수 있는 종의 도입이 확대되었고 이동이 빠르게 이루어졌으며, 이는 유럽에서 우연히 도입된 수생 연체 동물의 확산을 예로 들 수 있습니다. 이 비공식적인 간격은 산업화 이전에서 완전한 산업 에너지 사용으로의 근본적인 변화를 나타냅니다. 1670년 이전에 영국에서 기본 에너지 자원(인간 식품, 동물 사료 및 목재 연료)을 얻는 데 사용된 지출은 GDP의 50-70%에 달했습니다. 석탄 사용이 증가하는 1850년까지 GDP의 30% 미만이 에너지 획득에 할당되었고, 1950년 이후에는 화석 연료가 에너지 사용을 지배하기 때문에 10% 미만이 할당되었습니다. 세계 1인당 GDP는 1750년까지 증가하여 1990년 국제 달러 기준으로 $178/y가 되었습니다.

 

산업화(1850~1950)

이 100년 간격은 인간과 자연 상호작용의 변화를 포착합니다. 대기 CO2는 산업 활동의 확산으로 증가했고 본질적으로 평평한 Milankovitch 일사 신호에서 ~+0.2 °C49(~ + 0.6 W/m2) 지구 온난화를 주도했습니다. 태양 변동성은 산업화 이전의 Maunder Minimum이 1645년에서 1715년 사이인 것과 대조적으로 1950년 에서 흑점의 수가 1860년대와 1780년대보다 약간 낮은 수준으로 증가하여 거의 영향을 미치지 않았습니다. 따라서 자연적 변동성은 이 간격 동안 온난화에 거의 기여하지 않았습니다(<0.2 W/m2), 여기서 주요 자연적 변화는 반사 물질을 성층권으로 분출한 대규모 화산 폭발과 관련된 짧은 냉각 간격이었습니다. 해수면 상승은 1800년대 후반에 ~0.5 mm/y로 가속되었고, 1940년에는 ~2.2 mm/y로 가속되어 일시적인 감속이 시작되었습니다. 이 패턴은 대서양 자오선 순환의 변화에 대한 반응으로 북대서양 온난화의 자연적 변동과 일치하며, 이는 가속됨에 따라 지역적 및 약간의 지구 온난화를 유도하고 감속하면 역전됩니다. 인구는 1250 M에서 2500 M으로 0.8%/y로 증가했습니다. 1인당 에너지 소비량은 평균 27.2GJ/y로 22~40GJ/y 범위로 4200년 메갈라야 시대의 단 2.4%에 걸쳐 4.9ZJ 또는 에너지 소비의 35%를 차지합니다. 석탄 사용이 증가하는 것 외에도 새로운 에너지원에는 수력 발전, 석유 및 천연 가스가 포함되어 고래 기름과 하천 전력(중력에 의해 구동)의 감소를 상쇄하는 것 이상입니다. 제방, 댐 및 물 전환 계획과 함께 많은 큰 강이 설계되었습니다. 일부 호수 및 광산 생태계는 저산소 상태로 변하기 시작했습니다. 생물다양성 손실이 증가했고 거대한 아프리카 달팽이와 해군선충과 같은 도입종이 육상 및 수생 환경을 통해 퍼졌습니다. 분산은 세계 무역의 증가로 촉진되었습니다. 1인당 GDP는 1900년까지 증가하여 1990년 국제 달러 기준으로 $679/y로 증가했으며, 새로운 글로벌 운송 시스템과 동력원을 확보하게 되었습니다. 유럽의 산업화는 1700년대에 시작되었지만 전 세계 에너지 사용과 전 세계 생산성의 현저한 변화를 감안할 때 1850년을 간격의 시작으로 사용합니다. 홀로세 시대의 대부분에서 인간 생산성(1인당 GDP)은 인구 증가에 따라 선형적으로 증가했습니다. 서기 1850년부터 인간의 생산성이 가속화되었으며, 이 기간이 원래 인류세의 시작으로 제안된 이유를 설명합니다. 홀로세의 대부분에서 에너지 사용에 대한 인간 생산성의 비율은 감소했습니다. 1850년 이후, 인간 사회는 에너지 사용 단위당 더 생산적이 되었습니다. 산업화 기간을 포함하여 홀로세 시대의 11.7 ky에 전 세계 인구는 14.6 ZJ의 에너지를 소비했으며 이 중 35%가 마지막 100년 동안 소비되었습니다.

 

인간 발자국의 인류세 역사

제안된 1950년 탄화수소 연료의 연소 가속화로 인해 대기 온도는 지난 70년 동안 0.9 °C 증가했습니다(1900년에서 2018년까지 1.1 °C 증가). 1970년 태양 흑점의 영향이 제한적이고 평평한 Milankovitch 신호 기간 동안. 흑점 수는 1950년 CE 수준에서 1780년대와 1860년대에 도달한 것과 다소 유사한 1980년과 1990년의 최고 수준으로 약간 증가했으며, 온난화가 계속됨에도 불구하고 감소하기 시작했습니다. 대기 CO2 수준은 201971년에 415ppm에 도달했으며, 이는 지난 300만 년 동안 그 어느 때보다도 높았습니다.

 

인류세 대 홀로세 시대의 제안

가장 최근의 제4기 간빙기인 홀로세는 지구 자연계의 변화에 ​​따라 변동하는 따뜻하고 비교적 안정적인(±0.5 °C) 기후의 시기였습니다. 수준은 제안된 인류세 시대보다 더 큰 5.54 mm/y의 신기원 평균 속도로 증가했습니다. 제안된 Anthropocene Epoch에서는 인간 활동에 따라 다른 많은 주요 지표 매개변수가 변화하는 것으로 보고 있습니다. 홀로세 시대와 비교하여 200% ~ 300% 변동 이상의 매개변수에는 대기 및 해양 온도, 대기 CO2, CH4 및 N2O 수준, 전 지구 반응성 질소, 환경 수은 및 기타 많은 금속, 인 방출, 퇴적물 수송이 포함됩니다. 육상 토양 손실, 육상 및 해양 바이오매스 손실. 홀로세 시대와 비교하여 규모가 증가하는 매개변수에는 인위적 CO2 배출 속도, 인간이 생산한 에너지, 퇴적물의 상류 격리, "광물" 종의 수, 콘크리트 생산, 종의 멸종율, 강 유수의 감소가 포함됩니다. 해안 저산소증 증가 또한 홀로세에는 전례 없는 더 따뜻하고 산성화된 전지구 해양, 신물질(플라스틱, 세라믹, 알루미늄 금속, 방사성 동위원소, 잔류성 유기 오염물질, 제약 화합물, 비산회 입자)의 전지구적 확산, 현대적 변화를 포함한 현상학적 변화가 있습니다. 전 세계적으로 분포된 침입종 구성요소와 종의 멸종율을 크게 높인 해양 및 육상 생태계의 생물다양성에 대한 변경. 지진과 같은 지구의 지각 과정조차도 이제 인위적인 흔적을 가질 수 있습니다. Anthropocene Working Group(AWG)은 Anthropocene이 GSSP에 의해 정의된 형식적 연대층서적 단위로 취급되어야 하고, Anthropocene의 기초에 대한 기본 지침이 20세기 중반 경의 층서학적 신호 중 하나임을 확인하기로 투표했습니다. 통용 시대의 세기 인류세의 기반을 특징짓는 지질학적 기록이 수집되고 있으며, 적절한 시기에 그룹의 권장 사항은 국제 층서학 위원회의 승인을 받아야 합니다. 여기에 제시된 내러티브 및 양적 데이터는 1950년 20세기 중반 경에 실질적으로 그리고 전 세계적으로 시스템의 홀로세 상태에서 멀어진 지구 시스템의 궤적을 강력하게 뒷받침합니다. 제안된 새로운 시대를 설정하면 인류세라는 용어의 사용이 공식화될 것입니다. 이 용어는 이미 인간 활동에 의해 유발된 변화를 설명하고 지질 기록 보관소에 기록된 연구에서 널리 사용되어 왔습니다.