新研究首次全面了解珊瑚礁的氧气损失

一项新研究对全球珊瑚礁在海洋变暖下的氧气损失进行了前所未有的检查。在加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的研究人员和一大批国内外同事的带领下，这项研究捕捉到了 32 个不同地点的缺氧(或低氧水平)的当前状态，并揭示缺氧已经普遍存在于许多珊瑚礁中.

世界海洋和沿海水域的氧气含量总体下降——这一过程被称为海洋脱氧——已得到充分记录，但珊瑚礁缺氧的研究相对不足。预计海洋中的氧气流失将威胁全球海洋生态系统，但还需要进行更多研究以更好地了解对热带珊瑚和珊瑚礁的生物影响。

该研究于 3 月 16 日发表在《自然气候变化》杂志上，是第一个以这种规模记录珊瑚礁生态系统氧气状况的研究。

海洋科学家 Ariel Pezner 说：“这项研究是独一无二的，因为我们的实验室与许多合作者合作编制了这个全球氧气数据集，特别关注珊瑚礁——之前没有人真正在全球范围内做过这么多数据集，”现在是佛罗里达州史密森尼海洋站的博士后研究员。“我们惊讶地发现，在当前条件下，许多珊瑚礁已经在经历我们今天定义为缺氧的情况。”

这组作者发现，低氧水平现在已经在一些珊瑚礁栖息地发生，如果海洋温度因气候变化而继续变暖，预计会变得更糟。他们还使用了四种不同气候变化情景的模型来表明，到 2100 年，预计海洋变暖和缺氧将大大增加珊瑚礁缺氧的持续时间、强度和严重程度。

该分析由 Pezner 领导，当时她是斯克里普斯海洋学的博士生，在那里她与生物地球化学家 Andreas Andersson 一起在斯克里普斯沿海和开放海洋生物地球化学研究 ( SCOOBY ) 实验室工作。

Pezner 及其同事使用自主传感器数据来探索日本、夏威夷、巴拿马、帕尔米拉、台湾和其他地方附近海域 12 个地点的 32 个不同珊瑚礁地点的氧气变化和缺氧暴露。许多数据集是使用 SeapHOx 传感器收集的，这些传感器最初是由斯克里普斯海洋学研究员 Todd Martz 的实验室开发的。这些和其他自主传感器被部署在不同的珊瑚礁栖息地，它们每 30 分钟测量一次温度、盐度、pH 值和氧气水平。

SCOOBY 实验室和合作伙伴收集了大部分数据，旨在描述不同珊瑚礁环境中的海水化学和珊瑚礁新陈代谢特征。国际合作伙伴在促进研究物流和进入许多研究地点方面发挥了重要作用。几位贡献者还分享了他们自己研究的数据。在 Scripps Oceanography，Martz Lab、Smith Lab和Tresguerres Lab都对这项研究做出了重大贡献。

从历史上看，缺氧的定义是水中氧气的一个非常具体的浓度界限——每升氧气少于两毫克——这个阈值是在 1950 年代确定的。研究人员指出，一个通用阈值可能不适用于所有环境或所有珊瑚礁或所有生态系统，他们探索了四种不同缺氧阈值的可能性：弱(5 mg/L)、轻度(4 mg/L)、中度( 3 毫克/升)和严重缺氧(2 毫克/升)。

基于这些阈值，他们发现本研究中超过 84% 的珊瑚礁在数据收集期间的某个时间点经历了“弱到中度”缺氧，13% 的珊瑚礁经历了“严重”缺氧。

正如研究人员所预料的那样，由于夜间呼吸和白天光合作用，氧气在所有地点的清晨最低，下午最高。Pezner 说，在珊瑚礁上的初级生产者有阳光的白天，它们会进行光合作用并产生氧气。但到了晚上，没有阳光，就没有氧气产生，珊瑚礁上的一切都在呼吸——吸入氧气，呼出二氧化碳——导致含氧量较低的环境，有时甚至会陷入缺氧状态。

该研究的资深作者安德森说，这是一个正常过程，但随着海洋温度升高，海水可以容纳的氧气减少，而生物对氧气的需求会增加，从而加剧这种夜间缺氧。

“想象一下，你是一个习惯了海平面条件的人，然后每天晚上你都必须去落基山脉的某个地方睡觉，那里的空气含氧量较低。这类似于这些珊瑚在夜间和清晨经历缺氧时所经历的情况，”安德森说。“而且在未来，如果这些缺氧事件的持续时间和强度变得更糟，那么它可能就像每天晚上都睡在珠穆朗玛峰上一样。”

研究人员发现，随着全球气温持续上升，海洋热浪变得更加频繁和严重，珊瑚礁的低氧条件可能会变得更加普遍。利用气候模型的预测，该团队计算出，到 2100 年，在所有变暖情景下，对这些珊瑚礁的缺氧观测总数将增加，从一种情景下增加 13% 到 42% 到另一种情景下增加 97% 到 287%比现在更极端的情况。

研究人员表示，在不同季节和更长的时间范围内对珊瑚礁进行持续和额外的氧气测量对于建立基线条件、跟踪潜在的缺氧事件以及更好地预测未来对珊瑚礁生态、健康和功能的影响是“必要的”。

“我们的珊瑚礁栖息地的基线氧气条件差异很大，这表明‘缺氧’的单一定义可能并不适用于所有环境，”Pezner 说。“确定哪些阈值是相关的对于预测珊瑚礁在变暖和氧气流失下可能发生的变化非常重要。”

这项研究主要由国家科学基金会资助，Pezner 的研究生研究得到国家科学基金会研究生研究奖学金和慈善教育组织 (PEO) 国际学者奖的支持。

这项研究共涉及 22 位作者，代表 14 个不同的研究机构和大学，包括加州大学圣地亚哥分校;波多黎各大学马亚圭斯分校;NOAA 太平洋岛屿渔业科学中心;国立台湾海洋大学;佐治亚南方大学;蒙大拿大学;史密森尼热带研究所;国立中山大学;冲绳科学技术学院;海洋教育协会;蒙特利湾水族馆研究所;国立台湾大学;和地质调查局。