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中科院南海海洋所研究人员揭示珊瑚白化的秘密

2014-06-23 10:06    来源: 中国科学报     字号:   
  珊瑚礁白化威胁海洋生态安全和人类生存环境。20多年来,国际专家多热衷于珊瑚礁白化现象的发现、原因分析和生态后果评估,而对珊瑚礁白化的过程,特别是历史上是否出现过珊瑚礁白化的现象还无人涉猎。

  珊瑚的美丽在于绚丽的色彩,然而在不同历史时期,海底总不乏一些白化的珊瑚。

  悉尼大学生物科学学院教授奥韦·霍格·古尔贝格曾表示,除非气候不再变化,否则珊瑚白化将日趋频繁,最终将导致珊瑚礁在100年内从地球上的绝大部分地方消失。

  然而,中国科学院南海海洋研究所(以下简称南海海洋所)研究员余克服提出了不同观点:珊瑚礁白化死亡后的恢复一般需要20~25年。新观点的提出为认识现代珊瑚礁白化以及珊瑚礁白化后的恢复提供了新的科学依据。

  翻开历史研究新篇章

  在陆地资源日益稀缺的今天,分布于热带海洋的珊瑚礁集生态资源、环境调节、海岸保护、国土安全和自然历史记录于一体,是不可或缺的、重要的海洋生态系统。

  目前,全球约有3000万人完全依赖于珊瑚礁生存,约有5亿人不同程度地从珊瑚礁获取食物。但是,近20年来,全球珊瑚礁生态系统严重退化,大量珊瑚在短时期内死亡并失去色素变白,即珊瑚礁白化,引起国际社会的广泛关注。

  珊瑚礁白化不是新出现的生态现象,历史上早已有之,国际上对珊瑚礁白化现象的记录开始于1982年。“只是过去人们没有研究它而已。”余克服告诉《中国科学报》记者。如今这种现象大范围出现,并且威胁海洋生态安全和人类生存环境,才引起人们的重视。

  20多年来,国际上珊瑚礁研究的专家们多热衷于珊瑚礁白化现象的发现、原因分析和生态后果评估,对珊瑚礁白化的过程,特别是历史上有没有出现过该现象还无人涉猎。因此,研究历史时期珊瑚礁白化的过程尤为重要。

  上世纪90年代初,余克服以珊瑚礁高分辨率环境变化过程与规律研究为目标,深入探索珊瑚礁白化与温度、气候的关系,并通过高精度年代测定技术,准确测定历史时期珊瑚礁白化的年代。

  珊瑚礁的生态响应

  “我们开始这项研究时,国内还是空白状态。”余克服感叹说。当年,他和同事在基础薄弱、经费短缺、缺少分析仪器且尚无可借鉴的实验资料的情况下,凭着对科学真理的执着追求,终于取得了一系列新突破。

  1993年以来,余克服多次对南沙群岛、西沙群岛、海南岛和雷州半岛等海区的珊瑚礁进行考察,揭示了历史时期珊瑚礁白化和大面积死亡的证据。在南沙群岛,他发现珊瑚礁礁坪上分布着一系列大型原生的、死亡的块状滨珊瑚。

  通过大量现场考察和资料分析,余克服得出结论:滨珊瑚对高温等极端环境有较强适应性,能够持续生长数百年不死,其历史上发生的大面积死亡事件是极端气候事件造成的。

  比如,1998年严重的珊瑚礁白化事件就导致了世界上一些生长历史达700多年的滨珊瑚死亡。“我们在南沙群岛永暑礁和美济礁,对原生滨珊瑚进行钻探取样,并进行高精度铀系年代测定,结合滨珊瑚的年际骨骼密度特征,确定这些滨珊瑚死亡的年代——近200年来有十多次滨珊瑚死亡事件。”

  结合南沙群岛低纬度海区的气候特征、珊瑚死亡年代和厄尔尼诺的对应性,余克服对各种珊瑚死亡的原因进行比较,同时根据南沙群岛海区珊瑚礁白化的记录,进一步提出了滨珊瑚死亡的原因是由于厄尔尼诺导致温度升高、使珊瑚白化致死的观点。

  余克服说:“珊瑚礁白化的主要原因是全球气候变暖、海水温度升高,超过珊瑚生长所能适应的温度上限,从而导致珊瑚死亡变白的结论,即珊瑚礁‘热白化’。”

  在此基础上,余克服重建了南沙群岛近200年来厄尔尼诺高温导致珊瑚礁白化、死亡的历史记录,这是目前国际上最早关于历史时期珊瑚礁白化研究的报道。

  余克服还带领珊瑚礁研究团队建立了近4000年来珊瑚礁泻湖的沉积序列,测定了南海400多个样品的高精度铀系年代等,为进一步开展更长历史时期的气候变化与珊瑚礁生态响应研究奠定坚实的基础。

  不会因变暖而消失

  在研究珊瑚礁“热白化”的同时,余克服还利用反向思维方式探讨低温对珊瑚礁白化的影响。

  “我对过去的珊瑚死亡现象非常留意,并选择南海北部雷州半岛7000年前生长的一种独特的角孔珊瑚为研究对象。”

  通过多次野外考察和实验分析,余克服对角孔珊瑚的剖面进行深入研究。“角孔珊瑚剖面分为9层,各层覆盖度在90%以上,每层之间的间断面平整。”他说,这表明生长极好的角孔珊瑚曾遭遇多次突发性气候事件,导致短时期内大量死亡,但很快又被后来生长的珊瑚所覆盖。

  利用现代高精度的定年技术,余克服把角孔珊瑚死亡和恢复的年代准确地测定出来,并获得了宝贵证据和新的发现:角孔珊瑚礁发育于距今7500年前~7000年前之间,恰好对应全新世高温期的鼎盛期。

  在珊瑚礁的体内,共生有大量的虫黄藻,正是它们为珊瑚染上色彩。余克服发现,虫黄藻有通过改变基因类型来适应环境变化能力这一特征,推断珊瑚礁对气候变暖有潜在适应能力和恢复机制,因此珊瑚礁不会因为全球变暖而最终消失。

  正是在这些证据的基础上,余克服提出中全新世高温期存在高频率、大幅度的气候突然变冷事件;角孔珊瑚正是由于冬季突然出现高强度的低温气候,从而大量死亡。

  科研表明,珊瑚礁白化是由于失去与之共生的虫黄藻。“中全新世雷州半岛角孔珊瑚突然大片死亡也是一种珊瑚礁白化现象。”余克服指出,这种白化现象是由于低温所致,从而提出了珊瑚礁“冷白化”的新概念,为现代珊瑚礁白化历史研究提供了新的见解。

  澳大利亚现代生态学专家于2003年7月发现,现代暖期的冷气候事件导致了澳大利亚大堡礁珊瑚的白化,这也证实了余克服的新观点。

  发现雷州半岛珊瑚礁“冷白化”现象以后,余克服又进一步对珊瑚礁白化的发展趋势以及白化后如何恢复等课题进行深入研究,指明珊瑚礁白化死亡后的恢复一般需要20~25年的观点。

  余克服说:“随着珊瑚礁白化研究取得新的进展,将对全球珊瑚礁生态建设、生态预防、未来资源潜力预测、实施科学管理、最大限度地减少珊瑚礁白化带来的损失,促进可持续发展,产生重大而深远的影响。”

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