珊瑚是一種海洋動物，它們會形成巨大的碳酸鈣骨骼，這一過程稱為鈣化。鈣化不僅對單個珊瑚的生長至關重要，而且對珊瑚礁的形成也至關重要，而珊瑚礁是海洋生物多樣性的重要棲息地。珊瑚礁是通過珊瑚蟲產生的碳酸鈣 (CaCO?) 的積累形成的。然而，這一過程對環境條件極為敏感，包括溫度、海洋化學和可用營養物質。當這些條件發生變化時，尤其是由于人類活動，珊瑚的鈣化率會受到嚴重影響，威脅到這些生態系統的未來。

然而，由于人類驅動的環境壓力，特別是海洋酸化和海洋變暖的綜合影響，這些重要的生態系統正面臨重大威脅的綜合影響，這些重要的生態系統正面臨重大威脅。這些壓力因素已被證明對珊瑚的健康、生長和整體生態系統功能有著深遠的影響。

海洋酸化及其對珊瑚鈣化的影響

海洋酸化是大氣中二氧化碳 (CO?) 水平升高的直接結果，指的是地球海洋 pH 值持續下降。當 CO? 溶解在海水中時，它會與水發生反應形成碳酸，碳酸會分解成碳酸氫鹽和氫離子。這一過程會降低碳酸根離子的濃度，而碳酸根離子對于珊瑚構建碳酸鈣骨架至關重要。

碳酸根離子 (CO?2?) 是鈣化過程的基礎。當海洋酸度增加時，這些碳酸根離子的濃度會降低，使珊瑚更難形成骨骼。在海洋酸化特別明顯的地區，珊瑚的生長速度可能會變慢，骨骼也會變薄。全球都觀察到了這種鈣化作用的減弱，特別是在熱帶和亞熱帶珊瑚礁，由于極端溫度，這些地方的珊瑚生長條件已經很差。

由于海洋酸化，為珊瑚提供穩定基質和定居線索的殼狀珊瑚藻的數量預計將會下降，由于失去定居線索導致珊瑚招募率下降，導致珊瑚覆蓋率下降。

海洋變暖和珊瑚白化

海洋變暖是氣候變化的另一個關鍵因素，也對珊瑚健康起著至關重要的作用。珊瑚對溫度變化高度敏感，即使海面溫度 (SST) 略有上升也會導致嚴重的壓力。

在這些壓力條件下，珊瑚會排出共生藻類，即蟲黃藻，這些藻類通過光合作用為珊瑚生長提供能量。這種現象被稱為珊瑚白化，它大大減少了珊瑚可獲得的能量，在極端情況下，還會導致珊瑚死亡。

海洋變暖對珊瑚鈣化的影響是雙重的。首先，溫度升高會通過增加代謝率直接影響鈣化過程，這可能導致珊瑚從共生藻類中獲取的能量與消耗的能量不平衡。其次，溫度升高會導致珊瑚白化，從而減少鈣化所需的能量。當珊瑚白化時，它們維持強健骨骼生長的能力會受到嚴重阻礙，它們更容易受到疾病和其他環境壓力的影響。

由于氣候變化，海洋熱浪（即海溫異常高的時期）變得越來越頻繁，這些熱浪對珊瑚尤其有害，會造成大規模白化事件和大面積死亡。

伍茲霍爾海洋研究所早期的一項研究表明，海面溫度升高與鈣化率降低之間存在直接關聯，研究人員利用計算機斷層掃描(CT)掃描 來無創地檢查珊瑚的骨骼結構，這種方法使他們無需切開骨骼就能觀察到每年的生長帶，從而揭示出珊瑚所承受的隱藏壓力。研究發現，自1998年以來，Diploastrea heliopora珊瑚的生長速度下降了30 % ，盡管珊瑚看起來很健康，但我們發現它們正處于慢性壓力之下，2008年的生長率最低，如果目前的變暖趨勢持續下去，到2070 年，這種珊瑚物種可能會完全停止生長。

海洋酸化和變暖的綜合影響

海洋酸化和海水變暖之間的相互作用十分復雜。海洋酸化降低了碳酸鹽離子的可用性，使珊瑚更難產生碳酸鈣。與此同時，氣溫升高會增加珊瑚的代謝率并引發白化，從而減少可用于鈣化的能量。這些因素共同損害了珊瑚的健康和生長，導致珊瑚礁形成能力下降。

海洋酸化和海水變暖同時發生，對珊瑚礁構成雙重威脅，每個壓力因素都會放大另一個因素的影響。據觀察，這些壓力因素的協同作用會降低珊瑚的生長速度，削弱骨骼結構，并降低珊瑚礁對風暴和人類活動等其他干擾的適應能力。

熱應力和酸化的綜合影響形成了一個反饋回路，使珊瑚礁越來越難以繁衍生息。

當兩種壓力因素同時存在時，珊瑚的鈣化率會比單獨暴露于其中一種因素時低得多。這在預計未來幾十年海洋變暖和海洋酸化都會加劇的地區尤其令人擔憂 。

新的研究發現

近日，由美國路易斯安那州新奧爾良杜蘭大學和夏威夷太平洋大學引導的一項研究，探討了工業時代印度太平洋長壽珊瑚的鈣化趨勢。研究利用一種獨特的方法來研究氣候變化對珊瑚鈣化在十年至百年時間尺度上的慢性影響。

研究基于來自印度洋-太平洋十個珊瑚礁位置的 148 個骨骼核心，研究發現，工業時代鈣化率的總體下降，這些下降是區域特定的，受密度和線性延伸（其乘積等于鈣化）的相反影響調節。鈣化下降的主要驅動因素是最近的海洋熱浪導致線性延伸減少，而不是降低骨骼密度。

線性延伸這是珊瑚在一個方向上的生長，具體指珊瑚骨骼隨時間的向外擴展，它衡量珊瑚每年的長度增長量，通常以厘米/每年為單位。是珊瑚健康和造礁能力的重要指標。當海洋溫度上升時，珊瑚通常會出現白化和生長緩慢的現象，尤其是其向外的骨骼延伸。

海洋酸化和海水變暖導致珊瑚鈣化減少，對珊瑚礁生態系統的健康構成重大威脅。這些環境壓力因素，加上污染和過度捕撈等其他因素，正在加速世界各地珊瑚礁的退化。雖然挑戰巨大，但持續的研究、保護工作和氣候行動對于為子孫后代保護這些重要的生態系統至關重要。

思考

不同的珊瑚物種和造礁生物如何應對海洋酸化？有些物種是否對酸化更具抵抗力？這些物種可以用于珊瑚礁修復嗎？海洋變暖和酸化如何相互作用影響珊瑚健康和礁生態系統？綜合影響是否比其各自影響的總和更為嚴重？珊瑚生長和鈣化減少對珊瑚礁結構和生物多樣性有何長期生態影響？

參考文獻：Thomas M. DeCarlo, Jordyn Cotton, Allyndaire Whelehan, Madison Gramse, Michael L. Berumen, Hugo B. Harrison, Malcolm M. McCulloch, Hannah V. Whitaker, Tori Falk, Ellen Groenvall & Kathleen Matthews ，Calcification trends in long-lived corals across the Indo-Pacific during the industrial era. Communications Earth & Environment volume 5, Article number: 756 (2024) .doi.s43247-024-01904-8

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