可能只有很短的一段時間對有限空間中的指數增長結果作出反應。 從圖《10）得到的第二個教訓是，當我們觀察無情的指數增長過程時，對地球的極限作出精確的數字上的假定並不重要。例如，我們可以假定，城市、 道路、或其他非農業用途並不佔用可耕地。在這種情況下，可用的土地是常量，如水平破折線所示。 兩條曲線的交點推遲了大約十年。或者，我們可以設想，由於農業技術的進步和資本的投入，例如投入拖拉機、化肥和灌溉系統，土地的生產能力有可能翻一翻，甚至翻兩翻。圖<10>中的兩條虛線表示關於增加生產能力的兩個不同假設的結果。生產能力每翻一翻，大約需要三十年，或者少於人口翻一翻所需的時間。 當然，社會不會由於“危機點”而突然感到意 56
外，在“危機點”上，需要的土地數量變得大於可用的土地數量。在達到這危機點以前很久，危機的徵兆就開始出現。糧食價格會漲得這麼高，以致有些人會買不起而捱餓，其他人會被迫減少他們所利用的土地的實際數量，並且改吃質量較低的飲食。 這些徵兆在世界的許多部分已經很明顯。雖然圖 <10）表明，現在只有一半土地在耕作，可是每年大概有一千萬到二千萬死亡可以直接或間接地歸因於營養不良。 毫無疑問，許多人死亡，是由於這個世界的社會因素的限制，而不是物質的因素。然而，在糧食生產系統中，這兩種限制因素之間顯然有聯絡。如果肥沃的好地仍然很容易獲得，並便於耕作，要養活飢餓的人，就不會有經濟上的障礙，而且也沒有作出社會選擇的困難。可是，世界上現存可耕地中，有一半最好的土地已經在耕作了，而且開墾新土地已經如此昂貴，以致社會已經判定它“不經濟”。這是一個被物質上的限制因素加劇了的社會問題。 圖<10）表明，即使社會真的決定付出必要的代價，來獲得新土地或增加現有耕地的生產能力，上升過快的人口會帶來另一個“危機點”。要 57
克服每一個相繼的危機問題需要付出更大的代價。 土地收穫量每翻一翻會比上一次更加昂貴。我們可以把這種現象叫作成本增加定律。這個定律的最好的和最合理的例子來自對過去農業收穫的成本進行評估。世界糧食生產從1951年到1966年增加34%， 農場經營者在拖拉機上的支出每年增加63%，在氮肥上的投資每年增加146%，農藥的使用每年增加 300%。顯然，下一次增加34%，需要投入更多的資本和資源。 在這個地球上可以養活多少人？對這個問題當然沒有簡單的答案。答案是基於社會在各種可供選擇的方案中的抉擇。人類需要和希望生產更多的糧食與生產其他商品，和服務之間，不能同時兼顧要直接作出權衡。對這些商品和服務的需要，也隨著人口增長在增加。因而，要解決這種權衡明顯地變得更加困難。即使一致選擇糧食生產有首要的優先權，可是，人口不斷增長和成本增加定律，能驅使這系統迅速地把一切可用的資源都貢獻給糧食生產，而不留下進一步擴大的可能性。 我們在這一節裡已經討論過的只是糧食生產的一個可能的限制因素：可耕地。篇幅不允許我們在這裡詳細地討論其他可能的限制因素。一個最明顯的， 58
其重要性僅次於土地的限制因素是可用的淡水。每年地球上陸地部分的淡水流量是有上限的，但是， 對淡水的需求卻是按指數增加的。我們可以畫一張與圖〈10>很類似的圖表，表示對淡水的日益增加的需求曲線接近恆定的平均供水量。在世界的某些地區，淡水的制約作用會比土地制約作用來得更早。 靠技術進步來代替對土地的依賴（合成糧食）或創造淡水的新資源（海水淡化）也可能避免或擴大這些限制。我們將在第四章中進一步討論這些發明。目前要明確，沒有一項技術是自發的或者不付代價的就夠了。生產合戒糧食的工廠和原料，淡化海水的裝置和能源，這一切都來自這個物質世界系統。 現在，對糧食的求按指數增長是直接根源於決定著人口增長的正反饋迴路。預測將來糧食供應取決於土地和淡水，也取決於農業投資，而農業投資又取決於這系統中其他佔優勢的正反饋迴路—資本投資迴路。開墾新土地，開發海洋，或推廣利用化 • 肥和農藥，都需要增加糧食生產的資本儲備。有助於增加這種資本儲備的資源，不是象土地和淡水那樣的可再生的資源，而是象燃料和金屬那樣的不可再生的資源。因此，將來擴大糧食生產主要依賴於可 59
以得到的不可再生資源。地球對這些資源的供應有限度嗎？ •不可再生的資源現在，即使考慮到，隨著可利用資源減少而漲價這樣一些經濟因素，（鉑、金、 鋅和鋁的數量似乎都不足以應付需求。按現在的發展速度，⋯⋯銀、錫和鈾到本世紀末即使按更高的價格也可能供應不足。 如果現在的消費率繼續下去，到2050年， 更多的礦物可能耗盡。） 儘管近來有引人注意的發現，只剩下有限數量的地方可尋找大多數礦物了。地質學家們否定關於找到大的、新的、富礦礦床的前景。從長遠來看，對這樣一些發展持有信心是不明智的。 表《4>列出一些對當代主要工業過程是必不可少的原料，主要是比較重要的礦物資源和能源資源。每一種資源在第3欄中的數字是靜態儲量指標，或按現在的利用率，這種資源現在已知的儲量 60
表<4> 不可再生的自然資源 1 資源 2 已知金球儲盤a 靜態指標 （年）b 4 5 規劃指數指標指標 （每年%）C（年）d 鋁鉻煤鑽銅金 1.17×10°噸］100 7.75×108噸 420 5 ×1012噸：2300 4.8×109磅 110 308 ×10°噸 36 353 ×108金衡制11 7.7 3.3 5.3 2.0 5.8 4.8 高平均低 6.4 5.1 31 2.6 2.0 95 4.1 3.0K 111 1.51.0 60 4.6 3.4 21 4.1 3.41 9 盎司鐵鉛錳汞鉬 1×1011噸 240 91×108噸 26 8×108噸 97 3.34 ×10°瓶13 10.8×108磅 79 天然氣1.14×1015 38 2.3 1.8 1.3 93 2.1 2.0 1.7 21 3.5 2.9 2.4 46 3.1 2.6 2.2 13 5.0 4.5 4.0 34 5.5 4.7 3.9 22 立方英尺鎳石油 147 ×108磅 150 4.0 3.4 2.8 53 455×108桶 31 4.9 3.9 2.9 20 鉑族m429 ×10°金衡制130 4.5 3.8 3.1 47 盎司銀 5.5 ×10金衡制16 4.02.7 1.5 13 蟲司 4.3×109磅 17 𩿞 鋅 2.9×108磅 40 123 ×108噸 23 2.3 1.10 2.9 2.5 2.1 3.3 2.9 2.5 15 28 18 61 6 指數指標預測的用 5 乘已知儲量 （年）e 55 154 750 148 48 29 173 64 94 41 65 49 96 50 85 42 61 72 50？ 有敏高儲量的國家或地區 （世界總儲量的%> 澳大利亞（33） 兒內亞（20） 牙買加（10） 8 9 10 主要生產者玉要消費者美國消費量 （世界總數的%）g（世界總數的%>h 是世界總數 f 的 %i 牙買加（19） 蘇利南（12） 美國（42） 蘇聯（12） 42 南非共和國（75） 美國（32） 蘇聯一中國（53） 剛果共利國（31） 猇比亞（16） 美國（28） 智利（19） 南非共和國（40） 蘇聯（33） 南美（18） 加拿大（14） 美國（39） 南非共和國（38） 蘇聯（25） 西班牙（30） 義大利（21） 美國（58） 蘇彩（20） 美國（25） 蘇聯（30） 土耳其（10） 蘇聯（20） 美國（24） 剛果共和國（51） 美國（20） 蘇聯（15） 尚比亞（13） 南非共和國（77） 加拿大（6） 蘇聯（25） 美國（14） 蘇聯（13） 澳大利亞（13） 加拿大（11） 蘇聯（34） 巴西（13） 南非共和國（13） 西班牙（22） 義大利（21） 蘇聯（18） 美國（64） 加拿大（I4） 美國（58） 美國（33） 蘇聯（13） 日本（11） 美國（28） 蘇聯（24） 西德（7） 19 22 32 33 26 28 25 40 63 62
蘇聯（13） 蘇聯（18） 古巴 （25） 蘇聯（14）加拿大（42） 新喀里多尼亞（22） 新喀里多尼亞（28） 加拿大（14） 38 沙烏地阿拉伯（17） 科威特（15） 南非共和國（47） 蘇聯（47） 共產黨國家（36） 美國（24） 蘇聯（16） 美國（23） 蘇聯（16） 蘇聯（59） 美固（33） 蘇聯（12） 日本（6） 33 31 泰國（33） 馬來西亞（14） 加拿大（20） 墨西哥（17） 秘魯（16） 馬來西亞（41） 玻利維亞（16） 泰國（13） 中國（25） 美國（26） 西德（11） 26 美國（24） 日本（14） 24 中國（73） 22 蘇聯（19） 美國（27） 美國（14） 加拿大（23） 美國（28） 加拿大（20） 蘇聯（11） 蘇聯（11） 26 美國（28） 日本（13） a.米源：美國礦務局，《礦物的實際情況和問題》，1970年（華盛頓、哥倫比亞特區：政府印刷局，1970年，英文版）。 b.按現在的全球消費量，已知全球儲量能維持的年數。由已知儲量（第二欄）除以現在每年的消費量計算出來（美國礦務局，《礦物的實際情況和問題》，1970年，英文版）。 c.來源：美國礦務局，《礦物的實際情況和問題》， 1970年，英文版。 63
d.消費量按仟平均增長率星指數增長，已知全球儲基能維持的年數。由下列公式計算出來指數指標=ln〔（r•S）+12. 這裡r=第4欄的平均增長率 S= 第3欄的靜態指標 e.消費量按年平均增長率星指數增長，五倍於已知全球儲量能維持的年數。從上面的公式計算出來，用5S代替S。 士.來源：美國礦務局，《礦物的實際情況和問題》， 1970年，英文版。 8.米源：聯合國經濟和社會事務部，1969年統計年鑑（紐約：聯合國，1970年，英文版）。 h.米源：《1970年美國金屬統計局年鑑》（約克. 賓夕法尼亞：槭樹出版社，•1970年，英文版）。 《進界石油報告》（紐約：蒙娜•朝聖者出版社，1968年，英文版）。 聯合國歐洲經濟委員會，《鐵礦世界市場》 （紐約：聯合國，1968年、英文版）。 美國礦務局，《礦物的實際情況和問題》1970 年，英文版。 i.米源：美國礦物局，《礦物的實際情況和問題》 1970年，英文版。 64
j.鋁士礦用鋁當量表示。 k.美國礦務局應急預測，根據煤會用於合成氣體燃料和液體燃料的假定。 1.包括美國礦務局對貯藏所需要的黃金的估計數。 m.鉑屬金屬是鉑、鈀、銥、鋨、銠和釕。 補充來源： P.T.弗勞恩，《礦物資源》（斯科基伊利諾斯：蘭德•麥克納利，1966年，英文版）。 《金屬統計資料》（塞默西特，新澤西：美國金屬公司，1970年，英文版）。 美國礦務局，《商品資料一覽》（華盛頓， 哥倫比亞特區：政府印刷局，1971年1月， 英文版）。 （列入第2欄）能維持的年數。這種靜態指標是按常規用來表示未來可用資源的量度。靜態指標的基礎是幾個假定，其中之一是利用率保持不變。 但是表〈4〉中第4欄表明，每一種自然資源的世界利用率是按指數增長的。就許多資源來說， 利用率的增長甚至比人口還快，它指出每年有更多的人在消耗資源，而且也指出每年每人平均消費量也在增長。換句話說，資源消費量的指數增長曲線是由人口增長和資本增長的正反饋迴路推動的。 65
我們在圖〈10〉中已經看到，土地利用方面的指數增長很快碰上固有的可用土地數量的限制。資源消耗方面的指數增長也能以同樣的方式減少資源的固有的貯存。圖〈11>同圖〈10〉一樣，說明一種最初有一定數量的不可再生資源的消耗量按指數增長的結果，鉻礦是在這種情況下選用的例子，因為在表<4＞中列出的所有資源中，鉻有最大的靜態儲量指標。我們可以為這張表中列出的每一種資源面一張類似的圖表。各種資源的時間尺度可以不同，但是這曲線的一般形狀會是相同的。 鉻的世界已知儲量大約是七萬七千五百萬公噸，其中現在每年開採大約一百八十五萬公噸。因此，按當前的利用率，已知儲量大約能維持420年。 圖<11〉中的破折線說明，假定消費不變，預期鉻儲量會按線性耗盡。可是，鉻的真正的世界消費率每年按2.6%在增長。圖11中的曲線表明，如果這種增長率繼續下去，這種資源儲備會怎樣耗盡， 不是象線性假設所指出的在420年中耗盡，而是在95 年中耗盡。如果我們假定還沒有發現的儲量能使現在已知的儲量增加五倍，如虛線所示增加五倍，也只能把儲量的壽命從95年延長到154年。即使從1970 年起，可以使鉻100%再迴圈（水平線），因而最初的 66
緒量一點也不損失，在235年中需求也會超過供應。 108 噸 7.75 7 6 5 4 有 1970年已知餅量保符1970年利用率【銘不改） < 235年利用傘保持莪指數攬長緒量忑知隧望利匯零（領年沱） 2 1970 95年y 2000 2050 2100 K、154年 2150 2200 圖十一鉻儲藏量已知鉻儲量的壽命依賴於鉻的未來利用率。如果利用狀態保持不變，儲量會按線性耗盡（破折線），並將維持420年。如果利用狀態按現在以每年2.6%的增長率是指數增長，儲量將在95年中耗盡。如果實際的儲量是現在已經證明的儲量的五倍，鉻礦就可以用154年（虛線）。定利用狀態按指數增長，即使所有鉻都可以再迴圈，從1970年開始，在235年以後（水平線），按指數增長的需求會超過供給。 圖〈11>表明，資源消費量在指數增長條件下，這個靜態儲量指標（就鉻而言是420年）是可以得到的資源的相當使人誤解的量度。我們應當規定 67
一個新指標，一個“指數儲量指標”，這個指標給每一種資源提出可能有的壽命，並假定在消費量方面， 現在的增長率會繼續下去。我們已經把這個指標包括在表〈4>第5欄裡。假定我們現在已知的每一種資源的儲量，可以由於新的發現而擴大五倍， 我們也已經把指數指標計算出來。這個指標列入第 6欄。例如，指數增長的作用，導致鋁的可利用時期從100年減少到31年（由於儲量增加五倍是55年）。 銅，按現在的利用率有36年壽命，按現在的增長率實際上只能維持21年，如果儲量增加五倍，則是48年。 現在，大規模經濟增長以這些原料為基礎的時間長度，由於按指數增長的利用率而縮短，這是很清楚的。 在今後幾十年中，實際上可以得到的不可再生的資源，當然是由此可以用簡單的靜態儲量指標或指數儲量指標表示的因素更加複雜得多的各種因素決定的。我們已經用一個詳細的模型研究了這個問題，考慮到這些因素中間的許多相互關係，如變化著的礦石等級，生產成本，新的採礦技術，消費需要的彈性和其他替代資源，等等，。對這個模型的一般結論說明如下。 • 威廉•W.貝倫斯第三的論文對這個模型提出了更加完備的描述，已列入附錄。 68
1bl0一類酥庾本錯！！ 8~2525 利用華 2 圖十二可得到的鉻一種資源（鉻）有400年靜態儲量指標，這張圖對可以得到的鉻的經濟因素用計算機作了計算。即使開採技術和加工技術也在按指數增長， 由於成本隨著最初的儲量耗盡而上漲，消費量方面的指數增長，終於停止了。在125年以後，利用率降落到零。在這一點上，原有用途60%已由其他資源代替。 來源：威廉•W•貝倫斯第三，《利用自然資源的動力學》，見丹尼斯•I.• 梅多斯和唐納 • H• 梅多斯：《走向全球平衡》劍橋，麻省：賴特艾倫出版社，1973年，英文版）。 69
中 20 圖一三已儲藏量一翻可得到的諮如果在1970年發現這種資源的已知儲量翻了一熬（靜態儲量指棕800年），利用率方園的指數增長延長了，而且利用率達到很高的值。可是，在利用率處於高峰期間，儲量很快就耗盡了。在這種情況下，即使儲量翻～觀，其線果不是資源壽衛增期一倍，而僅僅使它從125年延長到145年。 來源：威廉，W•貝倫斯第三， 《利用自然安源的動力學》。 一種資源，例如鉻，在1970年有400年靜態儲 70
量指標，圖〈12〉是一張計算機繪製的圖，指出未來可以得到的鉻。水平軸是按年代的時間；垂直軸指出幾個量，包括儲量（標明的儲量），每年利用量（利用率），每單位資源的開採成本（實際成本），採礦和加工技術的進步（由T指出），以及原來利用這種資源已為其他資源替代的那一部分（F）。 最初，鉻的年消費量呈指數增長，資源儲備迅速耗盡。鉻的價格保持低水平而且不變，因為採礦技術容許有效地利用品位越來越低的礦石。可是， 需求繼續增加，技術進步雖快，但不足以抵消上升著的發明、開採、加工和銷售費用。價格最初是慢慢地，然後很快上漲。更高的價格促使消費者更有效地利用鉻，每當可能時，就用其他金屬來代替鉻。在125年以後，剩下的原有供應量大約5%的鉻可用，成本高得使人不敢問津，新的供應的開採熬本上已趨於零。 關於未來利用鉻的比較現實的動態假定所產生的壽命可能是125年，它比根據靜態假設（400年） 計算出來的壽命短得多。但比根據指數增長不變的假設計算出來的壽命要長（95年）。利用率在這個動態模型中既不是不變也不是連續增長，而是鐘形的，有增長階段和下降階段。
圖<13＞所示計算機運算說明，1970年發現剩下的已知鎔儲量翻一翻的結果。1970年的靜態儲量指標是800年，而不是400年。作這個發現的結果，成本低，保持得長久一點，所以指數增長可以比圖 <12>中持續得更長久。在此期間，這種資源的利用在經濟上是可行的，持續時間已從125年增加到 145年。換句話說，儲量翻一翻，使用週期實際上只延長了20年。 地殼含有大量原料，人類已經學會開採這些原料，並轉化為有用的東西。不過，原料的量也許很大，但不是無限的。現在我們已經看到，一個按指數增長的量多麼突然地接近確定的上限。下述宣告不應使人感到意外：在目前，既定的資源消費率增長的規律中，從現在起大多數很重要的不可再生的資源在100年中會是極其昂費的。只是對資 • 源的需求繼續按指數增長，儘管對尚未發現的儲量， 技術進步，代用品或者再迴圈等等有最樂觀的設想，上述宣告仍然是正確的。那些靜態儲量指標最少的資源的價格已經開始上漲。例如，汞的價格在最近20年中，已經漲了500%；鉛的價格在最近30 年中，已經漲了300%。 因為資源儲藏和資源消耗在全球都不是平均分 72
布的，我們由於考慮世界資源的總儲量所得出的簡單結論，進一步複雜化了。表<4>最後四欄清楚地表明：工業化消費國的工業基礎嚴重地依賴國際協定網路供應它們原料。由於剩下的儲量變得集中於更加有限的地理範圍之中，又由於資源一個接一個成為貴得使人不敢問津。生產國和消費國之間的關系中無法估計的政治問題又加刷了各種工業的命運在經濟上的困難。最近，南美礦山國有化和中東對提高油價施加壓力成功，使人想起政治問題可以在最終的經濟問題發生以前很久就出現。 到2000年，經濟發展是否有足夠的資源，使七十億人獲得高得合情合理的生活水平？回答必須是有條件的。它取決於資源消費團體如何預先作出某些重要決定。他們可能按照現在的模式繼續增加資源消費量。他們可能學會把拋棄了的材料收回來和再迴圈。他們可能發展新的設計，以增加用稀有資源製造的產品的耐久性。他們可能促進各種能滿足個人需要的社會經濟模式，而他們所佔有和消費的不可代替的資源卻最少而不是最多。 所有這些可能的程序都包括對不能同時兼顧的因素的權衡。既然如此，因為權衡包括對眼前利益和長遠利益之間作出的選擇，這就使得這種權衡 73
特別困難。為了保證將來有適量的資源可用，必須採取減少現在所用資源的政策。這些政策大多數靠提高資源成本起作用。今天，在世界上大多數地區，認為再迴圈和更好的產品設計是昂貴的，是 “不經濟的”。可是，即使這些政策已有效地實行，只要人口增長和經濟增長的正反饋迴路繼續產生更多的人和更高的人均資源需求，這系統就被推向它的極限—耗盡地球上不可再生的資源。 從地球中取出的金屬和能源被利用和拋棄以後將發生什麼呢？在一種意義上，它們決不會消失。 組成它們的原子被重新排列，並以稀釋的形式在我們行星的空氣、土壤和水中消散了。天然的生態系統能吸收人類活動排放出來的許多東西，並把它們重新處理成對其他生命形式有用或者至少是無害的物質。可是，當排放出來的東西是以夠大的規模釋放出來時，天然的吸收機制可能成為飽和的。人類文明的廢料可以在環境中集結，直到它們變得可以看見，令人煩惱，甚至有害。海魚中的汞，城市空氣中的鉛粒子，城市垃圾堆積成山，海灘上的油膜 —這些都是從人類手中進出的各種資源的流量增加的結果。於是，汙染成為這個世界系統中另一個按指數增長的量，是不足為怪的。 74
每人普年公斤（摺合陳糕） 黃函。 1Q:000 $000 $000. 7000 4000 5000 4∞00 3000 2000 100 • 甜拿大 • 衢人果髮8￥000 2098 3600 4600 ｛1960坪店人看羊美元） 圖十四能源消費量和人均國民生產總值世界各國人均能源消耗量雖然很不相同，但能源消耗同人均總產量（人均國民生產總值）的相關性很強。這個關係一般說是線性的，點的分散是由於氣候和地區燃料價格方面的不同，重點在重工業。 來源：能源消耗來自聯合國經濟和社會事務部， 1969年統計年鑑（紐約：聯合國，1920年，英文版）。人均國民生產總值來自世界銀行圖表集 （華盛頓，哥倫比亞特區：國際建設和發展銀行， 1970年，英文版）。 75
汙染許多人⋯⋯根據日益增加的和合理的客觀證據正在得出結論，生物圈作為有機體可以居住的地區，其壽命是以幾十年來量度而不是以幾億年來量度的。這完全是我們人類自己的錯誤。 人類關心它的活動對自然環境的影響，僅僅是最近的事情。科學地量度這種影響的嘗試甚至是更近的事，而且還很不完善。此刻，我們當然還不可能對地球吸收汙染的能力得出任何最後的結論。可是，我們可以在這一節裡提出四個基本問題。這些問題說明，根據動態的全球觀點，要理解和控制我們的生態系統的未來的狀態，是多麼困難。這些問題是： （1） 實際上對少數幾種汙染，已經測量了一段時間，它們似乎是按指數增長的。 ．. （2）這些汙染增長曲線的上限應當在什麼地方，我們幾乎不知道。 （3）生態過程存在自然滯後情況，可能增加低估控制措施的必要性。因而也可能因疏忽而達到 76
上限。 （4）許多汙染遍及全球，它們的有害影響在離它們產生的地點很遠的地方出現。 因為這本書的篇幅有限，也因為可以得到的資料有限，要為每一型別汙染物質說明這四個問題是不可能的。因此，我們將把到目前為止，已經研究得最完備的汙染物質，作為例子來討論每一個問題。這裡提到的汙染物質，與其說是人們最關心的汙染物質（雖然所有汙染物質都是人們關心的）： 倒不如說是我們理解得最透徹的汙染物質。 按指數增加的汙染事實上，作為時間函式來量度的每一種汙染物質看來都是按指數增加的。下面所示各種例子的增長率很不相同，但是大多數比人口增長得更快。有些汙染物質，顯然與人口增長相關（如農業活動，就與人口增長相關）。其他汙染物質與工業增長和技術進步密切有關。這個複雜的世界系統中的大多數汙染物質的某種方式受到人口和工業化的正反饋回路的影響。 讓我們從考察與人類利用能源日益增加有關的汙染開始。經濟發展的過程，實際上是利用更多的 77
能源，以提高人類勞動生產率和效能的過程。事實上，全人類財富的最好指標是每人消耗的能源數量。（參看圖《14〉）世界上人均能源消耗量在按每年1.3%的速度增加，如包括人口增長在內，則每年增加3.4%。 現在，人類的工業能源生產大約有97%來自礦物燃料（煤、石油和天然氣）。當這些燃料在其他物質當中燃燒時，釋放出二氧化碳進入大氣。目前， 由於燃燒礦物燃料，每年釋放的CO，大約是2000億噸。如圖<15>所示，大氣中測量到的CO2的數量很明顯以每年約0.2%的速度按指數增加。由於燃燒礦物燃料釋放的CO2，大約只有一半確實已經在大氣中出現，其餘一半顯然已經被吸收了，主要是被海洋的水面吸收了。 人們希望，一旦人類的能源需要由核動力，而不是由礦物燃料來供應；在大氣中增加的COz還沒有對生態或氣候發生影響以前，能最終停止. 可是，利用能源還有另一個副作用，它不取決於燃料來源。根據熱力學定律，人類利用的一切能源，實質上最終必然地消散熱。如果能量來源不是與太陽能伴隨而來的某種東西（例如，礦物燃料或原子能），不論是直接地還是間接地透過為冷都目 78
的而利用的水的輻射，能使大氣變暖。河流中的廢熱或者“熱汙染”，使區域性水域中水生生物的平衡被破壞。城市周圍的大氣廢熱，使都市形成“熱島”，許多氣象上的反常現象，會在“熱島”範圍內發生。當熱汙染增大到按常規地球從太陽中吸收的能量的一部分時，對氣候就會有嚴重影響。圖 <16〉中為一個大城市規劃的熱汙染水平，是入射太陽能的一小部分的。 核動力還會產生另一種汙染物質—放射性廢料。由於核動力現在只提供人類所利用的能源的微小部分，所以核反應堆所產生的廢料，對環境可能產生的影響只能作些推測。可是，根據今天已建立的核動力工廠實際釋放出和預期釋出的放射性同位素，可以得到某些概念。美國現在正建設一個一百六十萬瓩的電廠，預計每年排放到環境中去的廢料有一張不完全的表，包括煙囪氣體中的放射性氪， 42,800居里①（半衰期從幾小時到9.4年，取決於同位素），以及廢水中的氘，2,910居里（半衰期12.5年）。 圖<17>表明，美國的核發電能力從現在到2000年預計增長多少。這張表也包括每年由這些核動力電廠 ①一居里是一克鏹的放射性當量。這是一個很大的輻射量，所以環境濃度通常是用徽居里（百萬分之一居里）來表示的。 79
釋放出的放射性廢料，以及必須安全地貯藏（由耗盡的反應堆燃料）積累起來的廢料的估計數。 二氧化碳，熱能和放射性廢料，是人類按指數增長率輸送到環境中的許多擾亂因素中的三種。其他例子如圖<18>-<21>所示。 3803T9322 321~ 90360 350340+ 37 3157 315314-！ 一^在業類-洛料一的莧測 2503121osi Thoo joz isoo ipor mid 1prd T980 *預剎簠扣侻剎值捃等國熱礁會石熱科付銷六氣的CO2校型 300：93 圖十五大氣中的二氧化碳濃度 80
大氣中的二氧化碳濃度，自1958年在夏威夷的蒙娜•洛阿觀察以來，在穩定增長。現在，每年平均增長百萬分之1.5（Ppm）。計算包括大氣， 生物圈和海洋之間的已知的CO。交換。預測到2000 年CO，濃度會達到38pPm，比1960年的可能值增加將近30%。大氣中CO，按指數增加的來源，是人類在增加礦物燃料的燃燒。 來源：莫斯特•馬赫塔：《海洋和生物圈在二氧化碳迴圈中的作用》，（哥特堡，瑞典，1971 年八月，英文版）。 千兆風 250 200 150 哎收太附能封15% 殺收太附能的10% 敕收太陽既削5％ 閩甘頂熱遊280%） 100 50 汽車（平均 14小時） 2000 1960 1970 1980 1990 圖十六洛杉磯盆地產生的廢熱現在，洛杉磯盆地的4,000平方英里面積上釋放的廢熱約等於地面上吸收的太陽能的5%。按現在的增長率，到2000年，熱釋放能達到入射太陽能的18%。這種熱是一切能源生產利消費的結果，已經影響到當地的氣候。 來源：L.李：《人類對全球環境的影響》緊急的環境問題的研究報告（劍橋，麻省理工學院出版社，1970年，英文版）。 81
千兆且 ¥ 800-- 6001600 30 400 T 200 1000 祥放的廢料-400 -200 120 o 19T0 1980 1990 2000 圖十七核廢料美國的核電裝置的容量預測從1970年的一萬一千兆瓦增長到2000年的九十萬兆死以上。到 2000年，貯存的核廢料，能源生產的副產品很可能超過一萬億居里。如果現在的釋放標準仍然有效，每年釋放的核廢料，大多數的氣體氪和冷水中的氚的形式，能達到二千五百萬居里。 來源：根據美國原子能委員會，到1985年的裝置容量《核動力增長的預測》（華盛頓，哥倫比亞特區：政府印刷辦公室，1971年，英文版）。到2000 年的裝置容量，根據喬叟•斯諾：《能源和動力》， 《科學的美國人》，1971年九月。貯存的核廢料， 根據J•A•斯諾：《反應堆的放射性廢料》，科學家和公民（1967年）。每年釋放的核廢料是根據馬里蘭開爾佛峭壁的一千六百兆瓦工廠的說明書計算出來的。 82
百百牙章（PPm1 200 190 160 140 120 1450 1870 舌萬分準（PPm） 40 35 30 25 20 15 10 wf 山 0L 1050 1670 1890 1910 1930 1950 1970 Paisd 其化制2 1890 1910 粥和界 1930 1950 170 圖十八安大略湖中化學特徵的變化和漁業生產城市垃圾，工農業廢料，大量倒進安大略湖， 使許多鹽類已在按指數上升。湖中的化學變化已經導致大多數有商業價值的魚的捕獲量嚴重下降、應當注意，魚的捕獲點的標度是對數。因此，大多數魚種的捕獲量已按100到1000的因子在減少。 83
米源：A•M•波頓：關於大湖有充分營養可供動梢物生長與河染的宣告，威斯康墾大學大溯究中心特別報告，*11（密爾沃基，威斯康星：感斯康星大學，1970年，英文版）。 每年百萬磅每年百萬 B1一 10-2 1010.0 1.⑦ 1-1 1-- 冀味魚 19i-1 16-5 19¥ 1920 10-2 1949 IEG N1900 192 140 84
諶科的舀分比 20 10 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 圖十九波羅的海的氧含量波羅的海有機廢料的積累日益增加，海水環流降到最低降度，結果水中氧濃度經常在減少。 在某些領域，尤其是比較深的水域，氧濃度是等，幾乎不能維持任何水中生命形式。 來源：斯迪格•H•福賽留斯：《不流動的海》 （《環境》，1970年7/8月號）。 圖<182表示北美一個大湖中由於可溶解的工業、農業和城市廢料的積累而發生的化學變化。也指出了這個湖的有商業價值的業生產隨同減少。 圖<19>說明什麼有機廢料的增加，對魚的生命有這樣一種災難性的結果。這張圖表明，波羅的海中的溶解的氧（魚“呼吸”這種氧）是時間的函式， 85
隨著進入水的廢料數量增加和腐爛，溶解的氧就耗盡了。就波羅的海的某些部分來說，氧的標準實際上已達到零。 有毒金屬鉛和汞從汽車、火化爐，工業過程和農藥進入水路和大氣。圖<20>表示美國從1946～1968 年在汞消費量方面的指數增長。這種汞只有18%在用後被回收並使之再迴圈。從格陵蘭冰帽中取樣逐漸加深，已發現空降鉛的沉積是按指數增長的，如圖〈21>所示。 八千瓶（76磅） 慈消耗業 7O 60 50 40 30 20 10 燈生產董粧鈉柑篡的潸純湩 1946 1960 1954 195⑧ T9$2 TG 圖二〇 美國汞消耗量 86
美國的汞消費量表明一種指數傾問，已加上短期市場漲落。大部分汞用於生產苛性鈉和氯。 這張圖並不包括由於礦物燃料燃燒而放進大氣的汞上升著的數量。 來源：巴里 •康門納，邁克爾•卡和保羅，J斯坦姆勒：《汙染的原因》，《環境》，1971年四月號。、 200 104 30 20 10 1750 1300 150 1900 1950 袋$.---粒手 ---鍾/量圖二一格陵蘭冰帽中的鉛格陵蘭冰帽深層雪樣表明，鉛的沉積隨時間日益增高。鈣和海鹽的濃度也作為一種參照物測量了。鉛的存在反映出世界工業對金屬的利用在增長，包括由汽車排出的廢氣直接進入大氣。 來源：C.C.帕特森和J•D•塞爾維亞：《現代環境中的鉛——天然的有多少？》，（《科學家和公民》，1968年四月號） 87
不知道的上限各種汙染的所有這些指數曲線，都可以外推到未來，就象我們在圖<10）中外推七地需要和在圖 <11＞中外推資源利用那樣。在以前這些圖中，指數增長曲線最終達到一個上限——可耕地總量或者在地球上可以經濟地得到的資源總量。可是，在圖<15〉 —<21>中，並沒有為汙染物質的指數增長曲線指出上限，因為並不知道我們對地球上的天然的生態平衡可以擾亂到什麼程度而沒有嚴重後果，也不知道可以釋放多少CO，或熱汙染而不引起地球上氣候的不可逆變化，以及植物、魚類或人類在生命過程被嚴重地打斷以前可以吸收多少放射性、鉛、汞或農藥。 生態過程中的自然滯後對地球吸收汙染物質的能力的界限無知，應當是在排放汙染物質方面小心謹慎的充分理由。達到• 這些界限的危險特別大，因為在排放汙染物質進入環境和對生態系統顯示其消極結果之間有一種很典型的長期滯後。DDT作為一種農藥使用以後，透過 88
環境的渠道可以說明這種滯後作用的動態含義。下面提出的結果，取自詳細的系統動力學研究①，要用適用於DDT的常數。這個一般結論（以及其中包含的確切數學方面的某些改變）適用於所有長期存在的有毒物質，例如汞、鉛、鎘其他農藥，聚氯聯苯（PCB）和放射性廢料。 DDT是人造的有機化學品，作為一種農藥，每年以十萬噸的速度排放，進入環境。在DDT使用以後，由於噴灑，部分DDT蒸發，在它最後沉澱，回到陸地上或進入海洋以前，在空氣中長距離傳播。 在海洋中，某些DDT被浮游生物吸收，某些浮游生物被魚吃了，而某些魚則最後被人吃了。DDT在這過程的每一步中可以變為無害物質，也可以排放回到海洋，或者可以在活的有機體組織裡積聚。在每一步中都包含一些滯後現象。所有這些可能的途徑都已經由計算機分析過了，產生的結果見圖 <22）。 這張圖中表示的DDT使用率，遵循1940—— 1970年的世界使用率。這張圖表明，如果世界 DDT 使用率在1970年開始逐漸減少，直到2000年達到零， 會發生什麼？因為這系統固有的滯後，魚類中DDT ①約根•蘭德斯和丹尼斯•米都斯的研究，已列入附錄。 89
220.T！ R0.TS 60 150.T 618.T 450. 888 車 DOT 遂順年土壤的DOT 圖二二環境中DDT的變化如果 DDT的世界使用率在1970年開始下降， 仔細分析 DDT透過環境的途徑顯示出這個可能的結果。所示使用率到1970年是符合歷史事實的。 土壤中的DDT在使用率開始下降以後不久達到最高點。但是魚中的DDT繼續上升11年，直到1995年都不會下降到1970年的水平。食魚動物中的DDT， 例如鳥類和人類，對使用率減少的反應，會顯示更長的滯後現象。 來源：約根 •蘭德斯：《全球環境中的DDT運動》，見丹尼斯•L•米都斯和康納拉•H • 米都斯：《走向全球均衡》（麻省，劍橋：頓特-艾倫出版社，1973年，英文版）• 90
來<5〉 人體脂肪中的DDT 居’民年阿拉斯加（愛斯基摩）•1960 加拿大⋯⋯• ⋯1959-60 英國• 1961-62 英國 1964 法國 1961 德國 1958-59 匈牙利 1960 印度（德里） 1961 美國（肯特基） 1942 代樣品數 20 62 131 100 10 60 48 67 10 人體脂肪中 DDT 的濃度和毒性破壞的結果 （百萬分率） 3.0 4.9 2.2 3.9 5.2 2.3 12.4 26.0 10 美國（喬治亞、肯特基亞利桑那，華盛頓）⋯1961-62 130 12.7 美國（所有區） 1964 64 7.6 來源：小韋蘭德•J•海斯：《檢驗食品和人的農藥含康》見《控制害蟲的科學方面》（華盛頓，哥倫比亞特區：國家科學晚——國家研究委員會，1966年，英文版）。 的水平，在使用DDT開始下降以後，繼續上升10年以上，而且在作出減少使用DDT的決定以後二十年以上，即直到1995年魚類中 DDT的本乎都不參恢製到1970年的水平。 從排放汙染物到它以有害形式出現，在任何時候都有一滯後過程。我們知道，從控制那種汙染物 91 ．
質到它的有害影響最終減少，也有一個滯後過程。換句話說，只有當某些害處已經被察覺的時候，才開始控制，以此為基礎的任何控制系統很可能在問題改善以前，會變得更糟。這類系統很難控制，因為這類系統需要把現在的行動建立在對遙遠未來的預期結果上。 汙染物質的全球分佈現在世界上只有發達國家對汙染認真關注。可是，不幸的特徵在於許多型別的汙染，最終會在世界上廣泛擴散。雖然格陵蘭離任何大氣鉛汙染源很遠，可是，在格陵蘭冰塊中沉積的鉛的數量，自 1940年以來，每年增加300%。如表<5>所示，DDT 則已經在全球的每一部分從阿拉斯加的愛斯基摩人到新德里的城市居民的人體脂肪中積聚起來。 汙染極限由於產生汙染是人口、工業化和特定的技術發展的複雜函式，很難確切地估計排汙總量的指數曲線上升得多麼快。我們可以估計，如果2000年的70 92
億人民有象現在的美國人一樣高的人均國民生產總值，環境的汙染總負荷至少會是現在的值的十倍。地球的自然系統能支撐這種巨大的侵入嗎？我們沒有概念。有些人相信，人類已經使環境退化，以致對大自然系統已經產生了不可逆轉的損害。我們不知道， 地球吸收一種汙染的能力的確切上限，更不必說地球吸收各種汙染相結合的能力了。可是，我們確實知道存在一個上限。而許多地區的環境已經超過這個上限了。人數和每個人的汙染活動都按指數增長是全球達到上限的最基本的途徑。 世界系統的環境部分中包括的對不能同時兼顧的因素的權衡，完全象農業和自然資源部分一樣難以解決。產生汙染活動的利益通常在空間和時間上與成本完全無關。因此，要作出公正的決定，就必須考慮空間和時間因素。如果把垃圾倒進上游，下遊誰會受到損害嗎？如果現在使用含汞的殺菌劑， 海洋魚類中在什麼程度上、什麼時候和什麼地方會出現這種汞呢？如果把汙染工廠放在偏闢的地方， 以“隔離”汙染物質，那些汙染物質十年或二十年以後，會在哪裡呢？ 技術發展也許會使工業擴大而汙染減少，但是要付出高昂的代價。美國環境質量委員會已經要求 93
從現在到1975年之間有1050億美元預算（其中422 由工業支付）用於美國一部分的空氣汙染、水質汙染和固體垃圾汙染的淨化。任何國家可以推遲支付這樣的費用，以增加工廠的資本實現目前的增長率，但是這樣做，要以未來環境惡化為代價，環境惡化是可逆轉的，但費用是高昂的。 一個有限的世界這一章裡，我們涉及了糧食生產，資源消耗， 以及汙染的產生和淨化等許多難以權衡的因素。到現在應當清楚，所有這些難以權衡的因素，都是由一個簡單的事實引起的。—地球是有限的，任何人類活動愈是接近地球支撐這種活動的能力限度，對不能同時兼顧的因素的權衡就變得更加明顯和不可能解決。當沒有利用的可耕地很多時，就可以有更多的人，每個人也可以有更多的糧食。當所有土地都已利用，在更多的人或每人更多的糧食之間權衡就成為絕對的選擇。 一般說，現代社會還沒有學會清楚地認識和權衡這些不能同時兼顧的因素。現在世界系統的明顯的目標，是要使更多的人中的每個人有更多的產品 94
（糧食、物質的商品、清潔的空氣和水）。在這一章裡，我們已經注意到，如果社會繼續追求這個目標，它最後會達到地球上的許多極限中的某一個極限。正如我們在下一章裡將要看到的，要確切地預言哪一種極限會首先發生，或者後果會是什麼，是不可能的。因，人類對這樣一種形勢有許多可以想象的和不可預見的反應。可是，要研究在這個世界系統中，什麼條件和什麼變化會導致社會同有限世界的增長極限迎頭相撞，或互相適應可能的。 95