论技术使用的生态临界:临界模式、时空维度及态势转化

 

2020-01-22 来源：《自然辩证法研究》 作者：林慧岳/陈万球

 

论技术使用的生态临界：临界模式、时空维度及态势转化

 

On the Ecological Criticality of Technology Use:Critical Modes,Time-space Dimension and Regime Shift

　　

作者简介：林慧岳(1952- )，广东平远人，长沙理工大学马克思主义学院教授，主要研究方向：技术哲学、技术与社会；陈万球(1966- )，湖南宁远人，长沙理工大学马克思主义学院教授，主要研究方向：生态哲学，技术伦理学。长沙 410005

　　原发信息：《自然辩证法研究》第20195期

　　内容提要：技术生态临界点是技术使用的环境负荷由“可承受”向“不可承受”转变的转折点，又是技术的环境影响由“可修复”向“不可修复”转变的转折点。生态临界点具有复杂性、不确定性、不可逆转性、风险聚集性、体系性、认识滞后性和社会建构性的特征。技术的生态临界可分为生态链生物放大和空间扩散积聚两种模式情景，空间和时间是生态临界过程的分析维度。技术的生态效应达到临界点将发生量级巨大且不可逆的灾难事件，技术生态风险防控必须在临界期进行。

　　关键词：技术使用/生态临界点/临界模式/生态弹性/态势转化

　　标题注释：国家社会科学基金重点项目“技术生态临界点的发生机理与防控机制研究”(15AZX005)。

 

　　技术只有在使用中才能凸显自己的意义，释放自己的功能，技术结构也只有在使用中实现自己被建构的价值，技术的本质其实就是使用(1)31。当技术哲学对人工物的聚焦点从设计转向使用，也应该关注使用的后果，特别是关注技术使用的环境后果[2]60。

　　我们所处在由技术世界向充满各种问题的技术时代的转变之中[3]464-467，技术使用的环境问题是技术时代事关人类生存的问题之首。技术使用是人工物的使用，关于技术人工物的以下三个问题是有意义的：(1)这个物体是做什么的，涉及人工物的功能；(2)这个物体由什么做成的，涉及人工物的物理结构；(3)这个物体是如何做的，涉及人工物的制造或使用计划[4]43。这三个问题实际上都指向了环境的可承受性和相容性。

　　根据全球气候变化因素的分析，技术活动产生的二氧化碳排放占到温室气体排放的2/3，农业和畜牧业扩张带来的甲烷占到温室效应的1/5，汽车和化肥的应用产生的一氧化二氮则为温室效应贡献了12%[5]321。克莱夫·庞廷认为，在过去数年中，科学家们越来越关注世界气候正接近的一个临界点，急剧变化可能很快就会发生，这些变化将是不可逆转的，它们的出现将带来社会和经济的巨大毁坏[5]11。目前，越来越多的证据表明人类活动与气候暖化的因果关系，森特恩断定从临界点和过渡期两方面来分析未来气候的变化已成为主流科学[6]10。

对于生态系统的变化，杜克大学教授诺姆·克里斯滕森(Norm Cristensen)提出要警惕变化的临界值或转折点，当人类活动使生态系统的变化超出了正常的变化范围，会导致生态系统发生不可逆转的改变，他把生态系统从自我平衡的状态转变到另一状态的点叫做变化的临界值或转折点[7]15。但他又认为现在还无法预测这些临界值的确切范围[7]20。在农药对生态系统影响的研究中，蕾切尔·卡逊认为化学药物对生命的危害是“长期积累”并取决于生命体“总摄入量”[8]165，揭示了量的积累到临界爆发的因果关系。沃德与杜博斯也认为，大多数的环境损害都存在“临界现象”[9]73。技术使用的生态临界效应是现实世界的客观存在，是技术与环境关系表象下被遮蔽的生态变化过程和趋势。

 

二、生态临界点概念与特征

　　

技术活动影响下环境变化和地球承载能力的共变关系如图1所示[10]245，在技术作用下环境受到的影响越来越大，而环境承载能力越来越低，图1中两条曲线相交处表示技术活动的承载能力和环境影响的生态临界点。技术生态临界点是技术使用导致人类生存环境发生质的变化的标志，它既是技术使用的环境负荷由“可承受”向“不可承受”转变的转折点，又是技术对环境的影响由“可修复”向“不可修复”转变的转折点。

 

图1 技术活动的生态临界点

 

图2 技术生态风险区域

　　技术使用充满了未知的风险。技术越取得壮观的发展，与之相匹配的是，它也具有同样程度的坏的副作用[11]1。在技术风险评估中，越来越多的人赞同和支持使用上限和下限两个风险水平[12]7-8，上限是风险的最大允许水平(MPL)；下限为风险的可忽略水平(NL)。小于NL是可忽略的风险区；介于NL和MPL之间的区域为需要降低的风险区；风险大于MPL则为不可接受的风险区(见图2)。显然，MPL即为技术生态临界点，而技术的生态临界过程介于NL和MPL之间的区域。

　　技术生态临界点作为技术对环境生态影响的关节点，它具有以下特征：

　　(1)复杂性。从生态临界点形成看，既有生态链的逐级放大作用，又有生态变异的突变作用；从作用机制看，既有影响积累的线性增长，又有态势转化的非线性飞跃；从发展过程看，既有短周期的环境变化，又有超长周期的环境演化，而有些高技术的生态影响更需要几个世代甚至更长的时间尺度才能被观察。

　　(2)不确定性。技术的生态临界点何时出现，如何出现，充满了不确定性，也缺乏相关数据或信息。同时，临界点的可预测性非常低，在气候变化临界过程中，不确定性是全球气候变化惟一的确定性问题[13]109。

　　(3)不可逆转性。生态影响一旦达到临界点，将无法逆转。比如，生物技术带来的有机体的结构改变是不可逆转的，生物技术的行为每向前跨进一步都是无法收回的[14]131。许多重大的环境损害是不可逆转的，或者至少会持续非常长的时间，各种已知的和可以想象的技术都不能使它们回头[15]235。

　　(4)风险聚集性。技术生态临界点是道德风险、责任风险、设计风险、使用风险、环境风险和社会风险的集合，风险后果的量级非常高。比如，核废弃物的处置和缓慢的核泄漏具有极大生态与社会风险。

　　(5)体系性。技术通常以体系的形式存在，技术生态临界通常表现为技术体系的生态临界。比如，一辆现代汽车的组成部件高达3万个，一架波音747飞机的组成部件是350万个，而一架航天飞机的部件有1000万个[16]30，技术生态临界点的生态效应实际上是技术体系内各生态压力的协同作用。

　　(6)认识滞后性。技术引起的生态变化通常是长周期和大尺度的，生态临界变化很难观察，人们对临界过程和临界点的认识严重滞后。如在气候临界变化的研究中，人们几乎花了一个世纪的时间才意识到燃烧化石燃料对气候的影响[6]19。

(7)社会建构性。技术的生态临界点是技术-社会系统合力作用的结果，技术生态临界点的形成是社会建构的，技术生态临界风险的消解同样是社会建构的。

 

三、生态临界模式及时空维度

　　

人工物使用的概念与它的“功能”相关[17]45，从使用工具看，人工物的功能决定了它对环境的涉入程度和影响大小。从使用主体看，人工物的使用有恰当使用和不恰当使用这两种情况。恰当使用是在某个社群内部公认的使用计划(use plan)的执行，不恰当使用则是社会上不被赞同的使用计划的执行[18]93，对于人工物恰当使用，即使得到某个社群赞同，也很难确保技术使用完全符合生态逻辑，而人工物不恰当使用却无法保证技术使用是否与环境相容。临界过程可归纳为生态链放大和空间扩散积聚两种模式，它是空间和时间维度下的技术生态效应发生和演化的过程。

　　1.生态临界模式

　　(1)生态链放大模式

　　生态链放大模式为：生物蓄积—生物放大—生态临界，这是一个逐级放大、由生态量变到生态质变，最终导致生态灾变的过程。生物蓄积使得化学物质在生物体内的浓度比其所在环境中的浓度还高，生物放大指生物体内化学物质浓度超过该生物所摄取的食物中该物质的情况。这种模式下生态临界体现为使用人工物后产生的毒性物质沿生态链由低向高层级迁移、积累和放大，逐渐达到生态临界点的过程。比如，印刷电路板(PCB)、水银和铅等有毒物质通过生物放大过程使得鱼类成为危险食物[19]5。而康芒纳的定量分析认为，如果DDT在土壤中的浓度是1个单位，它在蚯蚓体内就会达到10-40个单位，而在以蚯蚓为食的山鸟体内，DDT浓度可达到200个单位[20]30。令人难以置信，甚至在南极企鹅的脂肪组织中也发现了DDT[21]120。

　　(2)空间扩散积聚模式

　　空间积聚模式为：空间传播—空间积聚—生态临界。这种模式表现为技术使用的生态效应是通过空间传播逐步积累发生质变达到临界点，如工业生产、汽车尾气和居民生活等活动的排放不断积累，从而形成重大灾害。20世纪40年代，洛杉矶城上空开始出现光化学烟雾(雾霾)，伤害人的眼睛、喉咙和肺部，致使植物大面积受害，松林枯死，柑橘减产。加州理工学院化学系的哈根·斯米特通过研究认为，汽车和石油业要对烟雾事件负责，1950年末，他再次确认未完全燃烧的汽油是南加州烟雾的主要成因[22]50。而彼时南加州经济繁荣，人口激增，每周有1700辆新汽车投入使用，光化学烟雾的扩散和积聚数年内迅速产生临界效应。

　　2.临界演化的时空维度

　　空间和时间是技术使用的环境，也是技术生态效应临界演化的参照系。

　　(1)生态临界的空间路径

　　技术创新和工业化使人工物家族日益庞大，技术人工物空间分布的广域性使得环境影响加剧。以IT领域为例。人类从摇篮到坟墓的一生的健康与环境风险都与电子垃圾关联[23]57，2009年美国废弃1.29亿部手机，仅仅回收8%，电视回收率也仅为17%，计算机为38%[24]196。电子垃圾中的酸和重金属在空间积聚起来，对环境产生灾难性后果。

随着技术迭代的加速，环境影响沿着“当地的→局部的→流域的→大陆的→全球的”路径扩散，见图3[12]284。在全球化背景下，技术的环境影响从规模到形式都发生深刻变化，从过去的改变局域生态系统态势转向影响全球生物化学循环过程。汽车尾气和室内污染属于局部污染，重金属、农药和工业化学品等则在一定流域和区域内产生生态效应，而酸化和臭氧效应的影响达到整个大陆尺度。发生在某个空间的污染物通过重新分布和迁移，对全球生物圈产生影响。许多全球性风险隐身子我们的日常生活之中，比如气候变化、基因库减少、核冬天、臭氧层耗竭、杀虫剂等，其严重性在于其扩散性、复杂性和全球治理难度大[25]97。

 

图3 生态效应扩散的五个级别区域

　　(2)生态临界的时间尺度

技术生态临界效应同时也是在时间尺度上积累的。从污染源发展为不同级别的生态效应，所经历的时间尺度也不尽相同。从环境史看，气候变化、土壤变化和生物多样性变化却是一个漫长的过程。不同的自然变化有不同时间尺度[12]285，见图4。

 

图4 生态系统变化的时间尺度

　　气候变化的时间尺度往往是大数量级。图4的气候变化图中，1为用于可靠评估气候参数的最小记录长度。2为历史气候变化(1500-1850的小冰河时期)。3为全新世(比较公元前6000年最佳气候)。4为更新世(亚冰期/间冰期和冰川/间冰期的震动)。科学家确定了导致气候变化的三个原因：海洋与大气的能量交换，矿物燃料燃烧排放，太阳能[26]266，当前，全球变暖过程呈加速状态，以温室效应贡献率达2/3的二氧化碳为例，1750年以来人类活动排放了约3000亿吨二氧化碳，其中一半是在1975年以后排放[5]320。

　　土壤过程既是自然演化的过程，又是受人类农业活动影响的过程。图4的土壤过程图中，1为表层土壤的完全侵蚀时间。2为在潮湿热带严重的养分消耗时间。3为温带的养分消耗时间。4为表层土壤充分形成的时间。史蒂芬·麦格雷斯推测土壤中的锌会停留3700年，人类活动丢弃在土壤中的其他金属被自然消解的时间更长，镉要7500年，铅要35000年，铬要350000年[27]150-151。

　　生物多样性的减少与人类活动密切相关。地理大发现后，欧洲人进入亚马逊流域，每年被砍伐的森林面积越1000万英亩，美洲虎、貘、食蚁兽和犰狳这些哺乳动物现在已很少见，对当地的生态多样性造成严重影响[28]269-272。物种的消灭是个漫长时间的过程，多样性的恢复则需要更长的时间。2表示被破坏的广动物区系和广植物区系生物多样性进化的恢复时间，从10[4]到10[6]年不等。

任何技术活动都是在时间与空间中展开的，生态临界过程是时间与空间的统一，人工物使用的环境影响表现为空间上的“延展”效应和时间上的“累积”效应，这也是技术生态临界演化的主要方式。图5表示时间和空间尺度的人为化学危害[12]285。从图5可以看出，环境影响的空间与时间成正比，杀虫剂毒性扩散到1000公里，约需10年，而人类活动在广袤空间里产生的气候变化，更是需要千年光景。

 

图5 化学危害的时空尺度

 

四、临界过程中的态势转化

　　

技术被使用时总是在用户与环境之间建立起一种关系式[29]93，人工物的使用建构了技术与环境作用的生态系统，生态临界实质上是生态系统稳定性消失、生态变量达到阈值的过程。在这个过程中，为了解释意外的和非线性的复杂适应系统的动力学而发展起弹性理论(resilience theory)[30]iv，弹性理论中的态势转化(regime shift)为生态量变到质变过程提供了观察视角和解释框架。

　　与工程弹性(engineering resilience)定义为物体在遭受某种变形后的“弹回”能力不同，生态弹性(ecological resilience)指的是系统在面对内部变化和外部冲击和干扰时维持系统特性的能力[31]10-12。生态弹性概念强调的是系统受到干扰后还没有达到阈值的状况。当技术环境效应未达到临界点时，一直是生态弹性在起维持和稳定作用。生态阈值(ecological threshold)实际上就是生态系统可能发生状态变化的临界点[32]471-477。生态阈值描述了一个生态过程或因应驱动力的微小变化，生态系统发生急剧的参数改变[33]1。生态临界过程就是技术使用过程中环境系统参数发生变化的过程，当环境变量达到生态阈值，由状态A转变为状态B，生态阈值是两种不同的生态状态之间的界限[34]11，生态临界点就是发生态势转化的分界点。

　　态势转化可以解释一个生态系统崩溃的过程[35]133(见图6)。1图表示湖中清澈水质的状态，湖水保持一个平衡稳定的态势，是生态系统的初始状态；2图表示在人类农业活动影响下，水质发生变化，磷元素是系统生态变量，随着湖中土壤和淤泥中的磷不断积累，原有态势发生微小改变；3图表示在洪水泛滥、气温升高和掠夺者的过度开发等情况下，湖水达到态势转化的临界状态；4图表示经过态势转化，清澈湖水转变为浑浊湖水，湖水进入另一种状态，原有生态系统崩溃和解体。

　　避免生态崩溃的唯一途径在于保持系统生态弹性。系统越是更多的弹性，它越能吸收更大的扰动而不会转化到变更的态势[36]72。一个弹性系统必须具有以下特征：(1)具有通过可持续性和适应性因素吸收压力或破坏力的能力；(2)具有在遭遇意外事故时管理和维持基本结构和功能的能力；(3)具有在意外事故后恢复到之前状态的能力[37]23。当生态弹性缺失，人类活动中环境破坏因素的不断积累，终将达到态势转化点，生态系统进入另一个不同的状态，这种状态通常伴随有不合意及不可预见的意外出现。当态势转化后的生态环境严重破坏、资源消耗日趋耗竭以及生物多样性丧失时，生态危机爆发。

 

 

 

图6 系统失去弹性导致态势转化

　　态势转化点的量化表征是生态阈值。生态阈值意味着环境驱动与某些生物变量之间的非线性关系[38]246，技术生态临界过程因而具有非线性特征。技术使用无疑将改变环境，从而影响环境中某些物种的生存，这种影响与作用机制是非线性的。研究生态阈值，着眼点不是来定量描述生态系统，做出精确的预测，而主要是对系统作定性的描述，对系统行为将要产生的、大的、突然的变化发出“警告信号”[39]285。

　　

五、总结与展望

　　20世纪60年代生态危机之后，人们对技术生态负效应的极限及临界过程表示关切，生态问题成为哲学研究重要内容和全球性焦点议题[40]。目前，对技术使用的生态临界问题的哲学研究还处在起步阶段。技术哲学应该关注这个领域，探讨技术生态临界发生的机理和路径，提出生态临界风险防控的理路和策略，进行高瞻远瞩式的多层战略思考。

　　防控技术使用的生态风险需要正确处理生态临界点与生态临界期的关系。技术的生态临界变化是缓慢、悄然无息的过程，而在临界点的生态突变则是快速演变、猝不及防和后果量级巨大的生态事件。当生态灾难爆发时，人们甚至来不及做出反应。因此，技术生态风险的防控只能在临界期进行，通过制度、组织和技术的各种手段降低生态风险水平。

　　由少数关键性的慢变量导致的态势转化是技术生态临界的动力学机制，需要高度重视并及早发现引起系统态势转化的关键慢变量。技术生态临界点的防控方略在于生态临界期的风险防控，而生态临界期的技术风险控制在于对关键性慢变量作用机制和变化规律的分析和掌握。对慢变量与态势转化关系的研究有可能在中小尺度的系统层次建立生态变化预测模型，为环境风险防控与资源管理提供决策咨询和有益建议。

　

　原文参考文献：

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