大堡礁
变热的海洋正在使大堡礁处于危险之中
论文来源：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07672-x
大堡礁在哪里
大堡礁，英文名：The Great Barrier Reef，此文中简称GBR。
它是世界最大最长的珊瑚礁群，位于南半球，纵贯于澳大利亚的东北沿海，绵延伸展共有2011公里，最宽处161公里。
大堡礁的位置
珊瑚礁的白化
珊瑚白化（Bleaching）通常发生在热应激引发珊瑚与其共生虫黄藻之间共生关系的破裂时。
珊瑚本身是白色的，它的颜色来自于体内的共生海藻。海藻通过光合作用向珊瑚提供能量。
如果共生藻离开或死亡，珊瑚就会变白，最终因失去营养供应而死亡。
白化的珊瑚
研究的方法
1
仪器观测（Instrumental observations）
首先，将珊瑚海地区定义为南纬4°-26°、东经142°-174°E以内的海洋区域。
再使用扩展重建海面温度数据集（ERSST）（全球月度海面温度数据集）获得了珊瑚海和大堡礁地区于1961-1990年的月平均海表温度。
再将ERSSTv5（第五版）的结果与使用哈德利中心全球海冰和海面温度（HadISST1.1）生成的结果进行了比较。
最后使用了来自热带太平洋西部的22个公开可用的温度敏感珊瑚数据（Sr/Ca和δ18O数据），将其用作重建珊瑚海地区1月至3月平均海温的预测因素。
注：δ18O表示氧的同位素氧-18相对于氧-16的丰度
2
模型重建（Reconstruction）
数学模型演算：研究者使用上述数据进行了一系列复杂的数学计算和变换（具体过程此处省略），构建850-2005年的海洋温度和珊瑚的状况模型。
与重建期重叠的仪器观测周期（1900-1995）的96年部分被用于根据观测值进行校准和评估。
数学计算（过程略）
计算机模型演算：使用基于通用地球模拟模式（CESM，Community Earth System Model）过去千年集合模拟试验（LME，Last Millennium Ensemble）的伪代理建模方法演算了850-2005年的模型，对原模型进行了进一步评估。
通用地球模拟模式（CESM，Community Earth System Model）
变热的海洋
High sea surface temperatures (文中简称SST)：直译为“高海面温度”。
1
The instrumental period (1900年至今）
a–e 图，黑框内表示珊瑚海地区。
f 图中，横线表示1961-1990年的海表温度平均值。
黑色垂直线表示最近五个大堡礁大规模珊白化年（2016、2017、2020、2022和2024）。
2
A multi-century context (1618年至今）
a图，蓝色数据为重建的1618-2024年珊瑚海1月至3月的平均海温。
黑色数据来自观测（ERSSTv5）。
红叉号表示最近发生的五次大规模白化事件。
虚线表示1900年1月至3月SSTA最大值的估计值。
b图，表示大堡礁区域的重建数据。相同图形的含义相同。
橙色线条表示珊瑚礁内架，紫色线条表示外架（弗林德斯礁）。
c图，表示珊瑚海重建的各评估指标。
d图，珊瑚数据相对于源数据区域（橙色框）和珊瑚海区域（红色框）的位置。
年份标签显示了有记录以来最温暖的六年，其中五年是大堡礁上的大规模珊瑚白化年。
粉红色（上）虚线表示1900年前重建的最大SSTA的95%置信区间；红色（下）虚线表示90%置信区间。
2024年、2017年和2020年1月至3月的珊瑚海极端高温是400年来最严重的（按平均SST异常值降序排列）。
评估人为影响
珊瑚海1月至3月海温异常的气候模型模拟
该模型使用了第六次国际耦合模型比较计（CMIP6）的气候模型模拟。
第一组模拟表示历史气候状况，包括1850-2014年期间自然和人类共同对气候的影响。图中为红线（中位数）和浅红色阴影（95%置信区间）。
第二组模拟是一个反事实模型，与上组时期相同，使用相同的模型，但只包括自然对气候的影响，忽略了所有人类的影响。图中为蓝色数据。
前者包括温室气体和气溶胶的排放、平流层臭氧变化和人类土地利用变化等；后者则不然。
灰色和黑色垂直线（1976年和1997年）表示人为影响导致海温发生显著变化的两个时间节点。
研究的不确定因素
使用珊瑚δ18O（氧的同位素氧-18相对于氧-16的丰度）记录重建SST，可能受到海水δ18O的非SST变化（如与盐度协变）的影响。
因此，使用新的珊瑚与温度敏感相关的微量元素比值记录，如Sr/Ca、Li/Mg或U/Ca，可能是未来预测过去海温状况的新方法。
生态后果
全球变暖水平比工业化前已经高出0.8-1.1°C 。即使将全球变暖幅度限制在《巴黎协定》的1.5°C水平，也可能导致今天珊瑚礁上70-90%的珊瑚死亡。
巴黎协定
未来的珊瑚礁，即使能够持续存在，群落结构仍会极大地改变，珊瑚物种的多样性可能要低得多。这是因为大规模白化对不同珊瑚物种的影响不同，例如，快速生长的分枝和板状珊瑚比生长缓慢的大型种类受到的影响更大。
板状珊瑚
珊瑚的适应和驯化可能是本世纪保护大堡礁某些地区的唯一现实前景。
但是造礁珊瑚属于长寿物种，适应速度太慢，无法跟上全球变暖的步伐。
目前还没有明确的证据表明珊瑚耐热性质的实时进化。
珊瑚的驯化
结论
多世纪重建模型展示了当今珊瑚海海洋表面的异常升温，由此对大堡礁的造礁珊瑚造成了严重的生存危机。
重建表明，SST在数百年来相对稳定，但最近几年的珊瑚海的海洋表面热量是过去至少400年来前所未有的。
而我们对气候模型模拟的分析证实，人类的影响是珊瑚海表面变暖的驱动因素。
总之，我们研究中提供的证据表明，大堡礁处于危险之中。
如果没有迅速的全球行动来应对气候变化，我们可能会见证地球上一个伟大的自然奇观的消亡。
汇报人：2023级生物科学专业 陈展
指导老师：姜晓东
本文来源于2024年“水生生物学”课堂讨论。
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