2013年，IPCC第五次评估报告(AR5)论定，地球整体全面变暖已勿庸置疑，人为影响(尤其是大气CO₂浓度增加)极有可能是造成20世纪中叶以来全球变暖的主要原因。报告还认为，温室气体继续排放会造成进一步变暖，并导致气候系统所有组成部分发生变化。 

　　2017年，作为非正式的地质年代名称,“人类世”被国际地层委员会接受，表明人类对地球系统的影响已经超出了全新世的自然变化范围。 

　　2018年年初，北美大部持续暴雪，欧洲遭遇风暴袭击，我国大范围低温雨雪天气。在刚刚过去的两个月里，欧洲、亚洲、美洲都遭遇了罕见的高温，甚至北极圈内出现了32度以上的异常天气。7月31日，正当北京人溽热难耐时，Nature Communications刊发论文《North China Plain threatened by deadly heatwaves due to climate change and irrigation》(Kang and Eltahir, 2018)，直接点名我国华北地区：“若温室气体未大幅减排，到2070年至2100年，华北平原气温将达到35℃的湿球温度阈值，致命热浪将频繁发生。” 

　　北半球的异常天气似乎在为IPCC的预测提供证据支持。实际上，自1988年IPCC成立以来，评估气候变化对人类福祉的影响一直是研究重心之一。古气候学者用“突变”来描述气候从一种稳定状态跳跃式变到另一种稳定状态，“突变”通常局限于某个次大陆尺度，但产生了半球甚至全球性影响。地球系统学者认为，“突变”可能较慢，甚至可逆，而且不一定局限于气候状态，他们倾向于用临界要素（tipping elements）和临界点（tipping point）来描述。临界要素通常要有一个与人类活动有关的控制参数，突破临界点后要素状态发生本质变化，并对人类有重要影响。Lenton et al.(2008)指出，地球气候系统有15个临界要素(表1，后增加为17个)，涉及冰冻圈、生物圈和海洋—大气环流等地球系统中最为脆弱的环节。　　  

表1 地球气候系统的临界要素(Lenton et al., 2008)及其控制参数、关键值、转换所需的时间尺度和影响

　　这些临界要素的控制参数、临界点的升温幅度、转变速率以及影响各不相同。因此，要评估人类世中地球系统的命运，不仅要深入认识地球系统不同尺度的生物地球物理化学过程，还要借助复杂性科学理论，并与社会与人文科学相融合。 

　　2018年8月6日，瑞典学者Will Steffen领衔的国际团队受邀在PNAS的Perspective栏目发表论文，以古气候动力学、现代观测和复杂性科学为基础，分析了“人类世”里地球系统的可能演变轨迹。 

　　文中认为，第四纪晚期以来的地球系统演化是研究人类世地球系统演化的背景。过去120万年中，受控于地球轨道和倾斜程度的缓慢变化，地球气候在冰期-间冰期之间交替。尽管每个旋回不完全相同，但整体演化路径一致。全新世是一个间冰期，已经持续了10000多年，和过去120万年中的间冰期长度相当，温暖程度相似。但是，在过去半个世纪，受气候系统快速发展以及人类活动影响，人类世的地球系统正快速脱离冰期-间冰期旋回（图1）。当前已经比工业革命前升温1℃，大气CO₂浓度超过第四纪所有冰期旋回。有理由相信，地球系统已经通过了潜在演化路径中的三岔路口，任何微小的波动都能使地球跳出下一个冰期旋回。

图1  地球系统脱离冰期-间冰期循环后面临的稳定性模型(Steffen et al., 2018)

　　对于未来的预测，之前大多假定CO₂累计排放与温度上升之间存在准线性关系，关注人类排放温室气体的多寡——这其实限定了未来可能路径的范围。作者分析认为，地球系统内部的生物地球物理反馈过程可能作用更大：强烈非线性的反馈过程，可能成为下个世纪地球系统演化中主导因素。大量研究已经表明，相对工业革命前升温2℃，可以激活许多重要临界要素，导致进一步升温，引发多米诺效应或临界级联，造成地球系统温度失控（图2）。作者建议将2℃升温作为地球系统的行星阈值，一旦越过，地球系统自身固有的生物地球物理反馈将控制系统演化，地球将最终滑入温室地球的深渊。为了区别于太阳能温室(greenhouse)，作者特意使用了人工热源温室(hothouse)来描述温度失控后的地球状态。